在電子電路設(shè)計領(lǐng)域，放大器是極為關(guān)鍵的元件，用于增強電信號的幅度，以滿足各類電子設(shè)備的需求。內(nèi)置增益設(shè)置電阻的放大器和分立差動放大器是兩種常見類型，它們在電路結(jié)構(gòu)、性能表現(xiàn)、成本以及設(shè)計靈活性等方面存在諸多不同。深入了解這些差異，有助于工程師在設(shè)計電路時做出更合適的選擇，確保電路性能最優(yōu)化。

電路結(jié)構(gòu)差異

分立差動放大器

經(jīng)典的分立差動放大器通常由運算放大器和四個分立電阻組成，構(gòu)成四電阻網(wǎng)絡(luò)。其傳遞函數(shù)較為復(fù)雜，當滿足特定條件(R1 = R3 且 R2 = R4)時，傳遞函數(shù)可簡化，方便快速估算預(yù)期信號。但在實際應(yīng)用中，這些電阻的參數(shù)難以做到完全相等，這是影響其性能的關(guān)鍵因素之一。例如在一個基于分立差動放大器的信號采集電路中，由于電阻值的細微差異，導(dǎo)致信號在放大過程中出現(xiàn)了一定程度的失真。而且，分立電阻普遍存在精度低、溫度系數(shù)高的問題，這會給整個電路帶來較大誤差。

內(nèi)置增益設(shè)置電阻的放大器

這類放大器通常將高精度、低失真運算放大器與多個經(jīng)過微調(diào)的電阻集成在同一芯片內(nèi)。這些片內(nèi)電阻可通過不同連接方式，構(gòu)建出多種放大器電路，如差動、同相和反相配置，極大地拓展了放大器的應(yīng)用范圍。像 AD8271 這類典型產(chǎn)品，芯片上的電阻還能通過并聯(lián)連接，提供更豐富的選擇。這種高度集成的電路結(jié)構(gòu)，使得放大器的體積大幅減小，同時減少了外部元件的數(shù)量，降低了電路設(shè)計的復(fù)雜度。

性能表現(xiàn)差異

增益精度與漂移

分立差動放大器：采用標準的 1%、100ppm/°C 增益設(shè)置電阻時，分立差動放大器的初始增益誤差最高可達 2%，溫度漂移可達 200ppm/°C。若要解決這一問題，使用單片電阻網(wǎng)絡(luò)雖能實現(xiàn)精密增益設(shè)置，但該方案不僅體積龐大，成本也很高。此外，單片儀表放大器因前置放大器的內(nèi)部電阻網(wǎng)絡(luò)與外部增益設(shè)置電阻不匹配，同樣存在增益漂移問題。在工業(yè)溫度監(jiān)測系統(tǒng)中，由于環(huán)境溫度變化范圍較大，分立差動放大器的增益漂移導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)出現(xiàn)明顯偏差，嚴重影響了系統(tǒng)的準確性。

內(nèi)置增益設(shè)置電阻的放大器：內(nèi)部電阻布局緊密，經(jīng)過激光調(diào)整和嚴格的匹配精度測試，能確保極高的增益精度和極小的增益漂移。例如 AD8271 集成后，可提供 0.1% 的增益精度，增益漂移小于 10ppm/°C。在對精度要求極高的醫(yī)療設(shè)備，如心電監(jiān)測儀中，內(nèi)置增益設(shè)置電阻的放大器能夠精準放大微弱的心電信號，為醫(yī)生提供準確的診斷依據(jù)。

共模抑制比(CMR)

分立差動放大器：其電阻匹配程度遠不如集成解決方案中的激光調(diào)整電阻。假設(shè)使用理想運算放大器，在單位增益和 1% 電阻情況下，CMRR 為 50V/V(約 34dB);使用 0.1% 電阻時，CMRR 增加到 54dB。即使采用具有無限大共模抑制的理想運算放大器，整體 CMRR 仍受電阻匹配限制。而某些低成本運算放大器的最小 CMRR 僅為 60dB 至 70dB，進一步加劇了誤差。在存在大量共模干擾信號的工業(yè)環(huán)境中，分立差動放大器的輸出信號很容易受到干擾，導(dǎo)致信號質(zhì)量下降。

內(nèi)置增益設(shè)置電阻的放大器：以 AD8271 為例，由于運算放大器的正負輸入端不外接引腳，減少了與 PCB 走線的連接，使得電容保持較低，從而提高了環(huán)路穩(wěn)定性，在整個頻率范圍內(nèi)優(yōu)化了共模抑制性能。在通信設(shè)備中，內(nèi)置增益設(shè)置電阻的放大器能夠有效抑制共模干擾，保證信號在傳輸過程中的穩(wěn)定性和準確性。

輸入電壓范圍

分立差動放大器：大多數(shù)分立差動運算放大器電路的輸入電壓范圍小于電源電壓，這在一定程度上限制了其應(yīng)用場景。在一些需要處理寬范圍輸入電壓的電路中，分立差動放大器可能無法滿足要求。

內(nèi)置增益設(shè)置電阻的放大器：部分產(chǎn)品具有較寬的電源電壓范圍，能夠適應(yīng)更廣泛的輸入電壓范圍。如某些內(nèi)置增益設(shè)置電阻的放大器可在 5V 至 36V 單電源或 ±2.5V 至 ±18V 雙電源下工作，為設(shè)計人員提供了更大的設(shè)計靈活性。在汽車電子系統(tǒng)中，由于汽車電源電壓存在波動，這種寬輸入電壓范圍的放大器能夠更好地適應(yīng)工作環(huán)境。

成本與設(shè)計靈活性差異

成本

分立差動放大器：雖然分立元件本身成本可能較低，但由于需要多個電阻和其他元件，加上復(fù)雜的布線和調(diào)試過程，整體成本并不低。此外，為了達到較高的精度，可能需要使用昂貴的精密電阻，進一步增加了成本。在大規(guī)模生產(chǎn)的電子產(chǎn)品中，分立差動放大器的成本劣勢更為明顯。

內(nèi)置增益設(shè)置電阻的放大器：盡管單個芯片價格可能相對較高，但由于減少了外部元件數(shù)量，降低了布線復(fù)雜度，縮短了電路板構(gòu)建時間，從整體系統(tǒng)成本來看，具有一定優(yōu)勢。特別是在對成本敏感的消費電子產(chǎn)品中，內(nèi)置增益設(shè)置電阻的放大器更具競爭力。

設(shè)計靈活性

分立差動放大器：設(shè)計人員可根據(jù)具體需求自由選擇不同參數(shù)的分立元件，進行靈活的電路設(shè)計。但這種靈活性也帶來了挑戰(zhàn)，需要考慮元件之間的匹配和兼容性等問題，增加了設(shè)計難度和調(diào)試時間。在一些特殊應(yīng)用場景中，如定制化的實驗電路，分立差動放大器的設(shè)計靈活性能夠發(fā)揮優(yōu)勢。

內(nèi)置增益設(shè)置電阻的放大器：通過對片內(nèi)電阻的不同連接方式，可實現(xiàn)多種放大器配置，具有一定的設(shè)計靈活性。但由于芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)固定，在某些極端特殊需求下，可能無法像分立差動放大器那樣進行完全自由的設(shè)計。不過，對于大多數(shù)常見應(yīng)用，其提供的靈活性已能滿足需求。

綜上所述，內(nèi)置增益設(shè)置電阻的放大器和分立差動放大器在多個方面存在明顯區(qū)別。在實際電路設(shè)計中，工程師應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用需求，綜合考慮性能、成本、設(shè)計靈活性等因素，合理選擇放大器類型，以實現(xiàn)最佳的電路性能和經(jīng)濟效益。