内置增益设置电阻的放大器和分立差动放大器的区别

在电子电路设计领域，放大器是极为关键的元件，用于增强电信号的幅度，以满足各类电子设备的需求。内置增益设置电阻的放大器和分立差动放大器是两种常见类型，它们在电路结构、性能表现、成本以及设计灵活性等方面存在诸多不同。深入了解这些差异，有助于工程师在设计电路时做出更合适的选择，确保电路性能最优化。

电路结构差异

分立差动放大器

经典的分立差动放大器通常由运算放大器和四个分立电阻组成，构成四电阻网络。其传递函数较为复杂，当满足特定条件(R1 = R3 且 R2 = R4)时，传递函数可简化，方便快速估算预期信号。但在实际应用中，这些电阻的参数难以做到完全相等，这是影响其性能的关键因素之一。例如在一个基于分立差动放大器的信号采集电路中，由于电阻值的细微差异，导致信号在放大过程中出现了一定程度的失真。而且，分立电阻普遍存在精度低、温度系数高的问题，这会给整个电路带来较大误差。

内置增益设置电阻的放大器

这类放大器通常将高精度、低失真运算放大器与多个经过微调的电阻集成在同一芯片内。这些片内电阻可通过不同连接方式，构建出多种放大器电路，如差动、同相和反相配置，极大地拓展了放大器的应用范围。像 AD8271 这类典型产品，芯片上的电阻还能通过并联连接，提供更丰富的选择。这种高度集成的电路结构，使得放大器的体积大幅减小，同时减少了外部元件的数量，降低了电路设计的复杂度。

性能表现差异

增益精度与漂移

分立差动放大器：采用标准的 1%、100ppm/°C 增益设置电阻时，分立差动放大器的初始增益误差最高可达 2%，温度漂移可达 200ppm/°C。若要解决这一问题，使用单片电阻网络虽能实现精密增益设置，但该方案不仅体积庞大，成本也很高。此外，单片仪表放大器因前置放大器的内部电阻网络与外部增益设置电阻不匹配，同样存在增益漂移问题。在工业温度监测系统中，由于环境温度变化范围较大，分立差动放大器的增益漂移导致测量数据出现明显偏差，严重影响了系统的准确性。

内置增益设置电阻的放大器：内部电阻布局紧密，经过激光调整和严格的匹配精度测试，能确保极高的增益精度和极小的增益漂移。例如 AD8271 集成后，可提供 0.1% 的增益精度，增益漂移小于 10ppm/°C。在对精度要求极高的医疗设备，如心电监测仪中，内置增益设置电阻的放大器能够精准放大微弱的心电信号，为医生提供准确的诊断依据。

共模抑制比(CMR)

分立差动放大器：其电阻匹配程度远不如集成解决方案中的激光调整电阻。假设使用理想运算放大器，在单位增益和 1% 电阻情况下，CMRR 为 50V/V(约 34dB);使用 0.1% 电阻时，CMRR 增加到 54dB。即使采用具有无限大共模抑制的理想运算放大器，整体 CMRR 仍受电阻匹配限制。而某些低成本运算放大器的最小 CMRR 仅为 60dB 至 70dB，进一步加剧了误差。在存在大量共模干扰信号的工业环境中，分立差动放大器的输出信号很容易受到干扰，导致信号质量下降。

内置增益设置电阻的放大器：以 AD8271 为例，由于运算放大器的正负输入端不外接引脚，减少了与 PCB 走线的连接，使得电容保持较低，从而提高了环路稳定性，在整个频率范围内优化了共模抑制性能。在通信设备中，内置增益设置电阻的放大器能够有效抑制共模干扰，保证信号在传输过程中的稳定性和准确性。

输入电压范围

分立差动放大器：大多数分立差动运算放大器电路的输入电压范围小于电源电压，这在一定程度上限制了其应用场景。在一些需要处理宽范围输入电压的电路中，分立差动放大器可能无法满足要求。

内置增益设置电阻的放大器：部分产品具有较宽的电源电压范围，能够适应更广泛的输入电压范围。如某些内置增益设置电阻的放大器可在 5V 至 36V 单电源或 ±2.5V 至 ±18V 双电源下工作，为设计人员提供了更大的设计灵活性。在汽车电子系统中，由于汽车电源电压存在波动，这种宽输入电压范围的放大器能够更好地适应工作环境。

成本与设计灵活性差异

成本

分立差动放大器：虽然分立元件本身成本可能较低，但由于需要多个电阻和其他元件，加上复杂的布线和调试过程，整体成本并不低。此外，为了达到较高的精度，可能需要使用昂贵的精密电阻，进一步增加了成本。在大规模生产的电子产品中，分立差动放大器的成本劣势更为明显。

内置增益设置电阻的放大器：尽管单个芯片价格可能相对较高，但由于减少了外部元件数量，降低了布线复杂度，缩短了电路板构建时间，从整体系统成本来看，具有一定优势。特别是在对成本敏感的消费电子产品中，内置增益设置电阻的放大器更具竞争力。

设计灵活性

分立差动放大器：设计人员可根据具体需求自由选择不同参数的分立元件，进行灵活的电路设计。但这种灵活性也带来了挑战，需要考虑元件之间的匹配和兼容性等问题，增加了设计难度和调试时间。在一些特殊应用场景中，如定制化的实验电路，分立差动放大器的设计灵活性能够发挥优势。

内置增益设置电阻的放大器：通过对片内电阻的不同连接方式，可实现多种放大器配置，具有一定的设计灵活性。但由于芯片内部结构固定，在某些极端特殊需求下，可能无法像分立差动放大器那样进行完全自由的设计。不过，对于大多数常见应用，其提供的灵活性已能满足需求。

综上所述，内置增益设置电阻的放大器和分立差动放大器在多个方面存在明显区别。在实际电路设计中，工程师应根据具体应用需求，综合考虑性能、成本、设计灵活性等因素，合理选择放大器类型，以实现最佳的电路性能和经济效益。