图 3 描绘了 斩波器 以差分模式来工作的步骤。图 3A 显示了一对开关,它们被加到交流放大器的输出端。两个开关并联工作。随着它们都降低一个槽口,运算放大器的低输出管脚会接地,然后,当这对开关切换回来时,高管会脚接地。在你来回切换开关时,你同时是在切换输出的极性。
任何偏 移电压和低频噪声都将转化成交流信号 Vos,当开关在某个位置时,它等于 +Vos,而当开关在另一个位置时,它将等于 -Vos。可以很容易把它过滤掉。然而,您输入放大器的任何信号也将被翻转,就象失调电压那样。
避开这个难题的方法就是在放大器的输入端安装同步开关。(见图 3B。)这些开关并联工作,并与输出端的开关同步。
通过把这些开关安装在输入端,您可以同步切换输入信号的极性,这样,输入信号在输出端仍保持自己的极性。例如,输入的 +1V 在放大器的另一端仍然是 +1V。然而,在放大器输入端的输入开关右侧的失调电压极性将被切换,如图 3A 所示。
因此,如果您的放大器的增益为 –A,那么您会看到,直流信号将把放大器的输出推到 Vin × (-A)。直流信号不带失调误差地通过斩波器,与它上面那个小的方波不同。
为了把这个小方波(小的高频信号)从大的直流信号除掉,可以使用 RC 滤波器,如图 3C 所示。这就是获得直流信号精确表示的方式。而且,它不仅降低 直流失调电压,还降低了低频——超低频——噪声。它消除了 1/F 拐点,这就是斩波器如此好用的原因。
通过 组合 来增加增益带宽
总体而言,斩波器在放大直流 附近的信号方面做得很好,但它的频率响应特性很糟。不过,它将作为单个放大器来工作。为了改善高精度放大器的频率响应,有几种组合架构可供使用。“组合”的意思是不同特性的两个放大器被组合起来,以便改善放大器的性能。
其中一种使用一个简单的斩波器作为运算放大器的自动归零器。该斩波器“失调调整”运算放大器的输入。在另一种中,斩波器作为失调伺服系统,它的输出用于调节第二个放大器的输入级。(这等价于通过 8 管脚 DIP 封装的老式运算放大器的 8 号管脚来调节输入失调。)
图 4:在一个双输入组合放大器中,低偏移放大器(即斩波器)和快速放大器一起工作,结果增益带宽增加。就美国国家半导体公司的 LMV2011 而言,增益带宽是 3MHz,比简单的斩波放大器的带宽增加了很多。
图中文字的译文:
fast amplifier:快速放大器
low offset amplifier:低失调放大器
第三种是双输入放大器。图 4 表明了一个双输入放大器中的两个放大器是如何配置的。低失调放大器作为直流放大器,且是斩波器,因此具有低失调性能。快速放大器正是产品的增益带宽增加的原因:美国国家半导体公司的 LM2011 是 3MHz,对于斩波器,这是非常大的。两路输出被合在一起,送入另一个快速放大器,需要通过快速链。
图5a 图5b
图中文字的译文:
fast amplifier:快速放大器
low offset amplifier:低失调放大器
现在,让我们看看这两个放大器的响应。在图 5A 的左边,是快速放大器的响应曲线。快速放大器设计中的难题是使它的响应上部有一个“架子”,而不是普通放大器具有的标准的每 10 次滚降 20dB。您必须在它里面放上那个架子,这样,您就可以把低失调放大器的响应“堆叠”在它上面。
结果,您获得了常规的放大器响应,如图 5B 所示,但也获得了低失调电压工作的优势以及更高的增益带宽,使斩波器在许多其它应用设备中都有用武之地。