工程師在設計高性能電路時，常常面臨各種挑戰，需要開發出滿足多種需求的復雜系統。例如，一款高速、高壓運算放大器（運放），同時還需要具備高輸出功率、出色的直流精度、低噪聲和低失真性能。然而，市面上很少有單一運放能夠同時滿足這些苛刻的要求。

復合放大器的解決方案

為了克服這一難題，工程師可以采用復合放大器的設計方案。復合放大器通過將兩個單獨的運算放大器組合在一起，形成一個復合系統，從而將各自的優勢特性集成于一體。這樣，與具有相同增益的單個放大器相比，復合放大器可以實現更高的帶寬和更好的性能。

復合放大器的結構與原理

復合放大器由兩個單獨的運算放大器組合而成，分別具有不同的特性。例如，放大器1可以是低噪聲精密放大器ADA4091-2，而放大器2可以是高輸出功率放大器AD8397。這種組合可以實現更高的帶寬和更低的噪聲。

圖1展示了復合放大器的示意圖。其配置類似于同相放大器，具有兩個外部操作電阻R1和R2。通過調整這些電阻的比值，可以控制放大器2的增益，從而影響整個系統的總增益。如果R3與R4的比值發生變化，會影響放大器2的增益，但不會改變有效總增益。如果放大器2的增益降低，放大器1的增益會相應增加。

帶寬擴展

復合放大器的一個顯著優勢是其更高的帶寬。假設兩個完全相同的放大器的增益帶寬積（GBWP）為100 MHz，增益G = 1，那么復合放大器的–3 dB帶寬可以提高約27%。增益越高，效果越明顯，但最高只能達到特定限值。一旦超過限值，可能會出現不穩定的情況。一般來說，在兩個放大器的增益均等分布的情況下，可以獲得最大帶寬。

直流精度和噪聲

在典型運算放大器電路中，部分輸出會反饋到反相輸入，通過反饋路徑修正輸出誤差，提高精度。在復合放大器中，放大器2也提供單獨的反饋路徑，雖然它也在放大器1的反饋路徑中。整體配置輸出會因放大器2產生更大誤差，但在反饋給放大器1時，會修正這種誤差。因此，可以保持放大器1的精度。輸出失調僅與第一個放大器的輸入失調誤差成正比，與第二個放大器的失調電壓無關。

噪聲分量也通過反饋得到修正。只要第一個放大器級具備足夠帶寬，它就會修正放大器2的噪聲分量。如果放大器1的帶寬過高，或者遠高于放大器2的帶寬，可能會導致復合放大器的輸出中出現額外的噪聲峰值。

實際應用案例

圖1所示的示例電路使用了軌到軌放大器AD8397（–3 dB帶寬 = 69 MHz）和精密放大器ADA4091-2（–3 dB帶寬 = 1.2 MHz）。將兩者組合后，得到的帶寬比單個放大器（放大器1）的帶寬要高2倍以上（G = 10）。此外，將AD8397和各種精密放大器組合，還可以降低噪聲，并改善總諧波失真（THD）特性。如需AD8397和ADA4091-2產品規格書、樣片測試、采購、BOM配單等需求，請加客服微信：13310830171。

結論

通過將兩個運算放大器串聯在一起，可以將兩者的出色特性相結合，從而獲得使用單個運算放大器無法實現的結果。例如，可以實現具有高輸出功率和高帶寬的高精度放大器。復合放大器的設計不僅能夠滿足多種復雜需求，還能在實際應用中提供更高的性能和可靠性。