我需要匹配放大器两个输入端的阻抗吗?

问题:

我需要匹配放大器两个输入端的阻抗吗?

RAQ:  Issue 116

答案:

20世纪40年代,电视开始进入普通家庭,当时,电视机很沉,很复杂,还有很多真空管。大量的元件,以及这些真空管产生的大量热量,使得它们非常不可靠,并且拥有成本也居高不下。此时,有一位投机企业家登台了,他凭借几手创新,把电视带入了大众市场。

“疯子”蒙茨(“Madman” Muntz)伯爵是一位自学成才的工程师和商人,经常以穿着法兰绒内衣、戴着拿破仑帽子的形象出现在他的广告中。他在8岁时学会了修理收音机,14岁时组装了自己的第一台车载收音机。他中学辍学去卖二手车,开始创造财富。当他决定进入电视机行业时,他买了一台电视,把它拆开来研究它的工作原理。蒙茨拆下了全部电路,直到只留下必不可少的元件为止。他降低了电视的复杂性,减少了真空管的数量,降低了功耗和成本,他造出的电视机比竞争产品可靠得多。  

后来,他的这种做法就被称为蒙茨法(muntzing),他拿着对角切割器在设计间四处走动,把零件一件一件地拆下来,直到电视停止工作为止。“哦,我觉得你要把最后那个零件装回去。”借助这种方法,他使电视机的销售价格首次达到100美元以下。这使他成为最成功的消费电子制造商之一,在1953年的事业顶峰时期,年销售金额超过5000万美元。

对许多电气工程师来说,这条经验不足为怪。少就是多。简单、优良的设计往往会提高可靠性、降低成本。在设计几乎完成时,一种良好的做法就是回去,拆下正常运行不必要的元件。某些元件有可能弊大于利吗?从哪里入手呢?

我们多数人都学到过,使放大器两个输入端的源阻抗相匹配,可以减少输入偏置电流导致的失调。例如,在反相放大器配置中,一般要在同相输入端与接地端之间加一个电阻,该电阻需要与连接到反相输入端的电阻并联且相匹配。然而,这种方法仅适用于输入失调电流(输入偏置电流之间的不匹配)远远小于输入偏置电流的情况。许多双电源精密放大器(如ADA4077-2ADA4177-2)都采用输入偏置消除技术;FET输入(和部分CMOS)放大器(如ADA4610-2)具有极低的偏置电流。如果您通过加一些电阻来匹配这些放大器上的输入偏置电流,那么,或许就可以把它们拆下来。这些电阻会加大噪声,提高制造缺陷几率:如果需要有电阻但却没有,电路就不会工作;即使有电阻,这也是增加了一个元件,新增的两个焊点也可能断裂。

这是一个很小的例子,但肯定不是唯一的例子。在设计中采用蒙茨法——或者在您参与评估的别人的设计中——可以节省成本,提高可靠性,让质量部门(令人不愉快的老板)远离您的办公桌。

注释

“疯子”蒙茨甚至在他自己的广告中采用了蒙茨法。他用空中文字广告来宣传蒙茨版电视机(Muntz Televisions),但他的名字遮住了第二个单词的一半,因此,他把广告缩写成“Muntz TV”,于是就有了如今广泛使用的缩写“TV”。

作者

Gustavo Castro

Gustavo Castro

Gustavo Castro [gustavo.castro@analog.com]是马萨诸塞州威明顿市线性和精密技术部门的应用工程师。其主要兴趣是精密信号调理和电子仪器的模拟与混合信号设计。2011年加入ADI公司之前,他在National Instruments从事高性能数字万用表和精密直流源设计工作达10年。Gustavo拥有墨西哥蒙特利技术学院电子系统学士学位和美国东北大学微系统与材料硕士学位。他拥有三项专利。