運算放大器是模擬設(shè)計人員廣泛使用的器件，它們可用于提取、調(diào)整、轉(zhuǎn)換、緩沖、合并、過濾和調(diào)理真實世界的信號。對于需要高精確度和高穩(wěn)定性的應(yīng)用而言，設(shè)計人員需要仔細(xì)考慮輸入失調(diào)電壓、噪聲、帶寬等性能規(guī)格，并選取能夠?qū)崿F(xiàn)必要性能的運算放大器。由于誤差往往會累加，因此，在選擇數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、電壓基準(zhǔn)等放大器之后的其他器件時，也要格外注意。盡管這一點很重要，設(shè)計人員還是需要小心，不能忽視放大器之前及其周圍器件的精確度影響，尤其是電阻器。

電阻匹配對系統(tǒng)精確度的影響

圖中的電路采用了4個電阻器和一個運算放大器，以構(gòu)成一個傳統(tǒng)的差分放大器（見圖1）。其輸出電壓由電阻器的比率決定：

圖：傳統(tǒng)的差分放大器。

從以上公式我們可以看到，在這個例子中，就決定放大器電路的性能而言，電阻匹配比絕對精度更加重要。如果R1和R2成比例變化，那么增益將保持不變。如果一個電阻相對于另一個電阻變化，那么R1與R2的比率就會變化，從而導(dǎo)致增益發(fā)生變化。在精準(zhǔn)分壓器、精準(zhǔn)增益級和橋式電路等其他常用的比例電路中，情況也是這樣。在以下的討論中，將針對3種類型的電阻器來探討電阻失配對性能的影響：精準(zhǔn)分立電阻器，傳統(tǒng)的匹配電阻器陣列，以及最新精確匹配薄膜電阻器系列LT5400。

在上圖所示的差分放大器等高精確度應(yīng)用中，將需要比標(biāo)準(zhǔn)的1%電阻更好的電阻器。讓我們從精確度高10倍（即0.1%）的電阻器開始考慮。在室溫時，每個電阻器都可能相對其標(biāo)稱值在-0.1%至+0.1%的范圍內(nèi)變化，那么，兩個電阻器匹配最差的情況是±0.2%（（1+0.001）/（1-0.001）=1.002）或2000ppm，或9位精確度。隨著溫度的變化，匹配會成為一個更大的問題。大多數(shù)電阻器制造商規(guī)定了一個獨立于容差規(guī)格說明的溫度系數(shù)。在這個例子中使用的精確度為0.1%的電阻可能有25ppm/℃的溫度系數(shù)。在0℃至70℃的范圍內(nèi)，誤差結(jié)果高于3000ppm。這種誤差會轉(zhuǎn)變成放大器電路的增益誤差，而且其中并未包括運算放大器本身的非理想狀態(tài)或信號鏈路中的其他誤差源。

如果需要更高的精確度，那么可能需要選擇更精確的0.01%容差的電阻器，不過，要實現(xiàn)最佳的性能，應(yīng)該使用精確匹配的電阻器陣列。電阻器陣列（單個封裝中包含多個電阻器）中的電阻器往往隨著溫度的變化而相互追隨。例如：一個0.01%容差的陣列可能有±2ppm/℃的比率溫度系數(shù)，從而在0℃至70℃的范圍內(nèi)產(chǎn)生190ppm的誤差。這相對于分立式0.1%電阻器的情況有了顯著改善。

如果還需要更高的精確度，就可以使用凌力爾特公司的新型精確匹配電阻器系列LT5400。該系列器件采用了周密的布局方法，以便4個薄膜電阻器中的每一個在幾何上都平衡，而且共有同一個中心點。LT5400采用小型的表貼封裝，具有±75V的工作電壓。每個封裝都包含了4個電阻器，并且提供了不同的標(biāo)稱電阻值，R1/R2的比率分別為1、5和10，未來還將提供更多選項（表1）。封裝底部的一個大裸露焊盤為所有4個電阻器提供一致的熱條件，并且在功耗很大的情況下，該焊盤還可最大限度地減小器件內(nèi)部的溫升。這種設(shè)計確保了所有4個電阻器都有相同的工作環(huán)境。LT5400在溫度變化時提供了優(yōu)于0.01%的電阻至電阻匹配，1ppm/℃的匹配溫度漂移，以及在2000小時以后不到2ppm的長期穩(wěn)定性誤差。因此，該器件在0℃至70℃的范圍內(nèi)實現(xiàn)了100ppm的匹配誤差（表2）。它在甚至更寬的-50℃至150℃溫度范圍內(nèi)仍能保持卓越的性能。LT5400隨時間變化時也非常穩(wěn)定。它在2000小時內(nèi)具有不到2ppm的變化。

表2：不同類型電阻器匹配誤差對比。