1、一、完全差动放大器的概况用一般的运算放大器构成差动放大器时，输入端为差动输入，输出端仍然是单端输入不可能是差动输出。而TI公司生产的OPA1632则与一般的运算放大器不同，用它来构成差动放大器时，不但输入端为差动输入，输出端也为差动输出，故将这样的放大器称之为完全差动放大器。OPA1632的工作原理一般的运算放大器相似，只是输入输出电都工作于差动状态，这是完全差动放大器的最大特点。图1是完全差动放大器的示意图。完全差动放大器有两个信号输入端和两个信号输出端输入信号是对振幅相等相位相的信号，输出端也一样的两个信号振幅相等相位相反。完全差动放大器的电路增益a(f)是频率的函数，电路路，一反图1 完
2、全差动放大器的示意图的差动输出电压Vod(Vod=Vout+-Vout-)等于差动输入电压Vid(Vid=Vin+-Vin-)与电路增益a(f)的乘积，即Vod=a(f)Vid，把这种关系称做电路的传递特性。对一般的运算放大器来说，电压是指地电位，但对于完全差动放大器来说共模电压是由Vocm端所连接的直流电位决定。也就是说，完全差动放大器的输出共模电压Voc=Vcom。因此，要将输出差动信号的共模电在设定为地电位（OV）时，只需将Vcom端接地即可。另外，当所连接的负载为单电源（例如+5V）供电的电路时，全差动放大器的共模电压必须为后接电路电源电压的二分之一，即2.5V，此时只需将Vocm端直
3、接与+2.5V连接即可。与一般的运算放大器一样，电路增益a(f)由外接的输入电阻和反馈电阻的比值决定。但是，如共模完设定张达集成运算放大器的特性及其在音频放大器中的应用（十三）完全差动放大器OPA163286技术纵横*转换速率大：50V/s*增益带宽积大：180MHz这些特性无论是对于一般的音频应用，还是对于要求差动输入输出的专业音响设备都足够了。事实上这种完全差动放大器最初是用作单电源供电、差动输入的A/D变换器的输入前置器件开发的。以THS4130为代表的家是专门为产业应用开发的完全差动放大器。在音频应用方向，OPA1632最适合用做以PCM1804为代表的，24比特、192kHz取样与D
4、SD对应的差动输入A/D变换器的输入前置电路。除此之外，还可以用于音频信号的平衡传送和差动线络驱动器等场合。族三、直流特性和噪声特性后面所讲述的那样，由于OPA1632只有一级放大开环增益较小，所以电路增益受到一定程度的制约。这种完全差动放大器比起一般的放大器具有下述六个方面的优点。*可以去除输入端的共模噪声*可以去除输出端的共模噪声*可以去除电源的共模噪声*可以减小偶次谐波*输出振幅相同可以降低电源电压*可以增大输出电压的振幅图2是在数据手册中生产厂家列举的OPA1632的特点和引脚的配置图。OPA1632具有下述的特点：*低THD+N特性：0.00002%*低噪声特性：1.3nV/时二、O
5、PA1632的概况Hz图2、OPA1632的特点和引脚连接表1、动态特性的部分参数2011年11期 87有尖峰高速收敛输出信号输入信号（）阶跃响应特性a （）建立时间特性b单端输入差动输出差动输入输出 /频率（） H Z （）差动输入 a 频率（） H ZSNR=20log5.657V/2184nV=143.8dB其信噪比非常高，即使是对于动态范围大的信号来说也能获得足够低的噪声特性。在表1中列出0PA1632的动态特性的参数。与一般的运算放大器的最大不同之处是开环增益（OpenLoopGain）。由开环增益的数值78dBtyp、66dBmin可知OPA1632的开环增益很小。换句话说，OPA
6、1632不适合在要求高增益的场合中应用。在设计电路时负友馈量较小，外接电阻也要选用小阻值电阻。在数据手册中没有提供增益/相位频率特性曲线，只对动态特性做了详细的规定。用增益G和反馈电阻R的阻值来规定100mVp-p信号输出时的频带宽度。在G=+1、R=348时带了四、动态特性1、小信号带宽FF在数据手册中对OPA1632的输入直流失调电压、输入偏置电流、输入阻抗做了如下的规定。*失调电压：0.5mVtyp、3mVmax*偏置电流：2Atyp、6Amax*输入阻抗：34M/2pF这些特性对于一般的音频应用来说已足够了，不存在任何问题。只是OPA1632的偏置电流与一般的双极型晶体三极管输入的运算
7、放大器差不多处于相同水平，所以在应用时应注意前面的信号源的驱动能力能否满足要求。对OPA1632的噪声特性做了下述的规定。*输入电压噪声：1.3nV/(f=10KHz)*输入电流噪声：0.4pA/这样的噪声特性属于低噪声的范畴。20KHz带宽换算到输入端的噪声电压有效值En经计算后得知约为184nV。在电路增益G=+1时，噪声增益Gn=2，所以2Vrms信号的信噪比SNR为HzHz图3、THS4130的阶跃响应特性和建立时间特性图4、THD+N与频率间的关系曲线88宽为180MHz，当G=+10、R=3.01k时带宽为18MHz。在表2中规定了G=+2、20V信号输出时的带宽，此时的带宽为80
8、0kHz。这样的带宽即使是对于带宽较宽的音频认号来说也绰绰有余。可以推测在通常的音频带宽（20Hz20kHz）内相位特性是平坦的，对音质而言是有益的。OPA1632的阶跃响应PeakingatGainof+1、slewRatel、RiseandFalltime，Settlingtime等几项参数来加以规定。PeakingatGainof+1参数意味着阶路响应时必然会产生过滤特性的上冲和下冲。相对于所设定的增益其数值为0.5Btyp。此外还规定了上升沿和下降沿时间，当5V阶跃时变化沿的时间为100ns，速度非常快。此外按0.1%和0.01%两种精度规定了2V阶跃时的建立时间0.1%精度：75ns
9、0.01精度：200ns建立时间很短，特性非常优秀。在OPA1632的数据手册中没有提供阶跃响应特性曲线，但在相同等级的产业完全动放大器THS4130的数据手册中提供了这些特性的波形。图3（a）是THS4130阶跃响应特性的波形，图3 （b）是THS4130的建立时间特性的波形。虽然这两个特性的波形并不是OPA1632的，由于OPA1632和THS3140大体相同，所以可以用做参考。FP-P2、大信号带宽3、阶跃响应“”“”“”“”用OPA1632的THD+N特性极其优秀。在表2中按照差动输入/差动输出和单端输入/差动输出两个大类对THD+N特性进行了规定。在差动输入/差动输出时（G=+1、f
10、=1kHz、V=3Vrms）的THD+N特性为0.00003%（600负载）。负载变轻时（增大负载电阻）THD+N特性的数据还会进一步减小。表1中的0.0003%的数值应该是印刷错误，这一点可以从其它曲线中的数值和后述的特性曲线得到证明。图4是OPA1632的THD+N的频率特性，图4（a）是差动输入时的频率特性，图4（b）的单端输入时的频率特性。图5是THD+N与输出电手间的关系曲线，同样图5（a）是差动输入时的关系曲线，图5（b）是单端输入时的关系曲线。在图3（a）中，当频率小于2kHz时曲线是平坦的，在图3（b）中当频率小于4kHz时曲线是平坦的，当频率高于2kHz或4kHz时THD+N
11、的数值都呈单调上升的趋势。在图5的与输出电平的关系曲线中，输入端为差动输入信号幅度为4Vrms时THD+N的数值最小。输入端为单端输入、输出幅度为2Vrms时THD+N的数值最小。这两点的THD+N的数值都很小，但在实际 的电路中THD+N的数值会稍稍大一些。实际电路中THD+N值可以达到0.0001%的水平。THD+N的五、THD+N特性0图5、THD+N与输出电压间的关系曲线2011年11期 89技术纵横数值会受到测量环境、测量条件、电路条件等诸多因素的影响，在设计电路时可以把0.0001%作为大体的设计目标。OPA1632是依照驱动差动负载的要求设计的，所以驱动一般的差动负载600是不成
12、问题的。但是，负载条件和电源条件对输出信号振幅的大小影响很大，在设计电路时必须对实际电的输出信号振幅是否满足要求进行确认。图6是输出信号振幅与差动负载电阻间的关系曲线。在采用15V双电源供电、差动负载电阻为六、输出特性和电源条件路600时可以输出10V的信号振幅。由图6的曲线可知，在600负载要求近的区域内输出信号的振幅会随负载的变化出现较大的变化。在数据手册中规定OPA1632的电源电压范围为2.5V16V，电源电流规定为14mAtyp、17、1mAmax。一般的运算放大器相比，消耗的功率较大。OPA1632的封采用SO-8或者MSOP-8封。MSOP-8封装在集成电路外壳的底面设置有散热板
13、，可以借助印刷电路板的铜箔进行散热，散热措施较为简便。图7是OPA1632的简化等效电路图。为了满足差动输入、差动输出的要求，不但把输入电（Q1、Q2）设计在差动放大电路，还将输入电路的负载（Q3、Q4、Q5、Q6）也设计成差动放大电路。经放大电路放大的差动信号经输出缓冲器放大后输出。Vcom端值相同等的两个电阻分别与电源电压V和V连接，并同时与误差放大器的反相输入端直接连接。接在VCC和VEE间的两个阻值相等的电阻组成分压电路，当Vcom端不外接电压时，Vcom端的电位为（V+V）/2即地电位。开环增益基本上是由输入极的差动放大电路决定的，所以可以认为这是一个一级放大的放大电与装装路经阻七、
14、OPA1632的电路特点C EEC EE图6、负载电阻与输出信号振幅的关系误差放大器输出缓冲器图7、OPA1632的简化等效电路90路。因此与一般的运算放大器相比，开环增益较小。当把输入级NPN差动晶体三级管的输入噪声折算到输入端，其值变得更小，实现了低噪声特性。由于使用了ft高的晶体三级管，减小了信号频率对差动放大电路电压增益的影响，实现了放大器的宽频带特性在前面曾提到OPA1632的应用之一是用做差动输入A/D变换器PCM1804等的输入前端。但对于音响发烧友来说自己制作A/D变换器的机会几乎没有。而接触音频信号平衡传递、平衡输入平衡输出的机会会较多。图8是用OPA1632的构成单端输入差
15、动输出的放大器的电路图。在该放大电路中外接电阻R和R的配对精度除了会影响电路增益的精度之外，还会对差动放大器的CMRR（其模抑制比）造成影响，所以电阻的精度必须很高，至少应选用精度为1%的电阻。另外为了进一步提高精度，在考虑到单端信号源Vs的输出电阻R之后，信号输入端的外接电阻Rg的值应视为八、OPA1632的应用电路举例SF0（Ro+Rg），所以接地输一端的外接的电阻Rg的值也应取为Ro+Rg。也就是说，当信号输入端的外接电阻的阻值为Rg时，接地输入端外接电阻的阻值应取为Ro+Rg，此时电路才能达到平衡，精度才会更高。与反馈电阻R并联的5pF的电容器是相位补偿用的电容器，在组装电路时根据具体
16、情况的差异，电容量的最佳值会稍稍有些变化，但最大不会超过10pF。电源去耦电容器不接0.1F的电容只接一个1F的铝电解电容器也可以，但在连接时与电源以及地的连接要做到尽可能短，安装在靠近电源引脚的地方。图9是在完全差动D/A变换电络中的应用举例。差动输出的D/A变换器在高级CD/DVD播放机、音频D/A变换器中常常可以见到。如果在I/V为换以及LPF的后面接一个用OPA1632构成的差动输入、输出放大器，就可以在模拟信号的输出端输出差动信号，实现音频信号的平衡输出。图9中用OPA1632构成的差动输入、差动输出的放大电路与图8所示的电路基本相同，唯一的不同之处是将原来接地的反相输入端V-改成与差动输入信号连接。不管反相输入端V-接地还是接差动输入信号，电路的信噪比均在120dB以上，THD+N的数值均在0.0 01%以下。在实际制作电路时，外接电阻的电阻值和电路的布线都会对实际电路的特性造成影响，所以在制作时应在选择电阻和设计印刷电路板上多花一点工夫。在定稿之前要进行实验，验证其确实可行。F1N1N的2011年11期 91技术纵横
