复合放大器：突破单一运放的性能极限

工程师在设计高性能电路时，常常面临各种挑战，需要开发出满足多种需求的复杂系统。例如，一款高速、高压运算放大器（运放），同时还需要具备高输出功率、出色的直流精度、低噪声和低失真性能。然而，市面上很少有单一运放能够同时满足这些苛刻的要求。

复合放大器的解决方案

为了克服这一难题，工程师可以采用复合放大器的设计方案。复合放大器通过将两个单独的运算放大器组合在一起，形成一个复合系统，从而将各自的优势特性集成于一体。这样，与具有相同增益的单个放大器相比，复合放大器可以实现更高的带宽和更好的性能。

复合放大器的结构与原理

复合放大器由两个单独的运算放大器组合而成，分别具有不同的特性。例如，放大器1可以是低噪声精密放大器ADA4091-2，而放大器2可以是高输出功率放大器AD8397。这种组合可以实现更高的带宽和更低的噪声。

图1展示了复合放大器的示意图。其配置类似于同相放大器，具有两个外部操作电阻R1和R2。通过调整这些电阻的比值，可以控制放大器2的增益，从而影响整个系统的总增益。如果R3与R4的比值发生变化，会影响放大器2的增益，但不会改变有效总增益。如果放大器2的增益降低，放大器1的增益会相应增加。

带宽扩展

复合放大器的一个显著优势是其更高的带宽。假设两个完全相同的放大器的增益带宽积（GBWP）为100 MHz，增益G = 1，那么复合放大器的–3 dB带宽可以提高约27%。增益越高，效果越明显，但最高只能达到特定限值。一旦超过限值，可能会出现不稳定的情况。一般来说，在两个放大器的增益均等分布的情况下，可以获得最大带宽。

直流精度和噪声

在典型运算放大器电路中，部分输出会反馈到反相输入，通过反馈路径修正输出误差，提高精度。在复合放大器中，放大器2也提供单独的反馈路径，虽然它也在放大器1的反馈路径中。整体配置输出会因放大器2产生更大误差，但在反馈给放大器1时，会修正这种误差。因此，可以保持放大器1的精度。输出失调仅与第一个放大器的输入失调误差成正比，与第二个放大器的失调电压无关。

噪声分量也通过反馈得到修正。只要第一个放大器级具备足够带宽，它就会修正放大器2的噪声分量。如果放大器1的带宽过高，或者远高于放大器2的带宽，可能会导致复合放大器的输出中出现额外的噪声峰值。

实际应用案例

图1所示的示例电路使用了轨到轨放大器AD8397（–3 dB带宽 = 69 MHz）和精密放大器ADA4091-2（–3 dB带宽 = 1.2 MHz）。将两者组合后，得到的带宽比单个放大器（放大器1）的带宽要高2倍以上（G = 10）。此外，将AD8397和各种精密放大器组合，还可以降低噪声，并改善总谐波失真（THD）特性。如需AD8397和ADA4091-2产品规格书、样片测试、采购、BOM配单等需求，请加客服微信：13310830171。

结论

通过将两个运算放大器串联在一起，可以将两者的出色特性相结合，从而获得使用单个运算放大器无法实现的结果。例如，可以实现具有高输出功率和高带宽的高精度放大器。复合放大器的设计不仅能够满足多种复杂需求，还能在实际应用中提供更高的性能和可靠性。