通過增加一個外部電阻網(wǎng)絡(luò),,可以降低差分放大器(如MAX9705)的固定增益,獲得所要求增益,但必須考慮電阻網(wǎng)絡(luò)對內(nèi)部阻抗的影響,。本應(yīng)用筆記討論了估算這一影響的計(jì)算公式以及如何選擇電阻網(wǎng)絡(luò)的阻值,,并給出一個計(jì)算表格的鏈接。
如果差分放大器的固定增益不能理想地滿足實(shí)際應(yīng)用的需求,,可以增加外部電阻網(wǎng)絡(luò)衰減增益,。此類調(diào)整電路與電阻分壓網(wǎng)絡(luò)類似,但最大的不同在于:對于固定增益放大器來說,,內(nèi)部輸入阻抗會影響外部電阻網(wǎng)絡(luò)(圖1),。對于差分輸入結(jié)構(gòu),可以簡化電路,,利用一半的等效電路進(jìn)行分析(圖2),。
圖1. MAX9705固定增益音頻放大器配置為差分信號輸入架構(gòu)(A)或單端信號輸入架構(gòu)(B)
圖2. 差分配置圖1A的等效電路(一半),,簡化分析,。
以下是差分結(jié)構(gòu)(圖1A)的電壓增益計(jì)算公式:
式中,GAIN為放大器固定電壓增益,,以dB為單位(MAX9705音頻差分放大器提供6dB,、12dB、15.6dB和20dB增益型號,,輸入阻抗典型值為20kΩ),。
單端配置下,增益計(jì)算公式為:
上述公式假定輸入信號頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于CIN和輸入等效阻抗所構(gòu)成的高通濾波器的截止頻率,。
MAX9705放大器的固定增益誤差典型值在5%以內(nèi),;內(nèi)部輸入阻抗的相對誤差可達(dá)±40%,計(jì)算系統(tǒng)增益時(shí)必須考慮這一因素的影響,。外部電阻也必須按照最大誤差(即±容差的極端值)代入公式計(jì)算增益,,得到最差條件下增益:
Worst-Case Tolerance Calculation |
|||||
Lowest Gain |
Single-Ended |
Differential |
Highest Gain |
Single-Ended |
Differential |
R1a |
+Tolerance |
+Tolerance |
R1a |
-Tolerance |
-Tolerance |
R1b |
+Tolerance |
+Tolerance |
R1b |
-Tolerance |
-Tolerance |
R2 |
-Tolerance |
-Tolerance |
R2 |
+Tolerance |
+Tolerance |
Ri1 |
-Tolerance |
-Tolerance |
Ri1 |
+Tolerance |
+Tolerance |
Ri2 |
+Tolerance |
-Tolerance |
Ri2 |
-Tolerance |
+Tolerance |
為了降低誤差,選擇相對于Ri而言具有較小阻值的R1,。確??紤]輸入源VIN能夠驅(qū)動等效負(fù)載網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算最終的系統(tǒng)增益時(shí),,注意VIN的輸出阻抗與衰減電路的輸入阻抗構(gòu)成了分壓網(wǎng)絡(luò),。負(fù)載(RIN)由下式計(jì)算。
對于差分結(jié)構(gòu),,RIN = R1 + Ri/(R2/2),。RIN和CIN構(gòu)成高通濾波器,其截止頻率F-3dB為:F-3dB = 1/(2 × π × RIN × CIN),。
對于單端結(jié)構(gòu),,RIN = R1 + Ri/(R2 + R1/Ri)。衰減網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗(ZIN)為:
其中f為輸入信號的頻率。
對于單端結(jié)構(gòu),,不能直接求出高通濾波器的截止頻率,,為了得到F-3dB必須事先知道電阻值。然后,,利用公式f = F-3dB得到:ZIN(f) = √2 × ZIN(f = 5000),。
數(shù)據(jù)表格對于確定合適的電阻阻值和評估系統(tǒng)誤差非常有用,考慮到電阻值的離散性,,須確保電阻匹配,,可下載表格計(jì)算MAX9705在單端或差分配置下的增益和誤差。