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選擇放大器的原則
要實現某個要求確定的放大電路，到底該選擇晶體管、運放還是功能放大器呢？爲了 陳述方便，我們先定義晶體管放大器爲最低級，功能放大器爲最高級。
任何一個運算放大器或者功能放大器，內部都以若干個晶體管爲主組成，所以，要實 現某個放大電路，如果高級放大器能夠實現，那麼低級放大器也一定能夠實現。
比如一個儀表放大器，用三個獨立的運放加一些電阻就可以實現，雖然性能可能會差 點。如果你願意，用好多個晶體管也可以自己搭出來，畢竟那些運放內部就是一堆晶體管 的集合。
但是，反過來是不成立的。用一些晶體管實現的某個放大電路，你可能找不到合適的 運放，或者合適的功能放大器來替換它們。
因此，實現同樣的某個放大功能，用戶可能面臨多種選擇。
選擇放大器有以下原則可以遵循：
1） 沒有一成不變的原則，所有選擇都是因事而異、因時而異的。
2） 一般情況下，多數人選擇的，或者大的芯片生產商提供的選擇，是正確的。請初 學者特別注意，收集各大芯片生產商的應用手冊、實驗室電路，以及數據手冊中 給出的應用實例，對迅速開展設計，是非常有效的。
3） 一般情況下，如果能夠採用合適的高級放大器，就不要選用低級放大器。
4） 不要迷信。有人以全分立爲榮——用晶體管實現超級複雜的電路，以彰顯自己的 水平高；有人抨擊分立元器件，以使用最新出品的高級功能放大器爲榮，似乎自 己見識淵博。這些都不好。心態平和的，該用什麼就用什麼，是最爲合適的。
全差分運放
它有差分輸入腳 IN+和 IN-，差分輸出腳 OUT+和 OUT-，除此之外還有一個輸入腳，稱之 爲 VOCM。如圖 1-3 所示，它們之間的關係如下：
式(1-4)很容易理解，與標準運放的差別僅在於全差分運放的輸出也是差分的。即差分 輸出值等於差分輸入值乘以一個很大的開環增益𝐴uo。
式(1-5)是一個新概念，當你在 VOCM端接入一個電壓，那麼差分輸出的兩個端子的共 模電壓（即兩個差分輸出信號的平均值）將等於你輸入的 VOCM。這可以理解爲，兩個差分 輸出端子，將圍繞着輸入的 VOCM 波動。這個功能將常用於輸出電平的移位。
利用與標準放大器中式（1-1）到式（1-3）完全相同的分析方法，可以準確求解出輸 出。但爲了避免大家早早地厭煩，我們先休息一下，第 3 章會幫大家分析的。
爲了區別這兩種運放，2 入 1 出的可以稱爲標準運放，2 入 2 出的可以稱爲全差分運 放，當然，大多數人還是把標準運放直接稱爲運放。
至此，有了標準運放和全差分運放，結合負反饋理論，已經完全可以應對幾乎所有的 放大問題。幾十年來，科學家和工程師們以標準運放和全差分運放爲核心，設計並實踐了 成千上萬種電路，任何一本書都難以把它們囊括在內。
但是，生產商爲了他們的利益，當然也是爲了用戶的方便，又開發出了很多種功能放 大器
功能放大器
如果某個以運放爲核心的放大電路，非常常用，生產廠家就會考慮把這個放大電路 （包括運放和外圍電阻）進一步集成，提供給用戶。這就是功能放大器。
比如我們要設計一個放大電路，實現 Uo=Ui1- Ui2。使用運放可以給出圖 1-4(a)所示的 電路。但是，在實現過程中，用戶可能遇到 4 個電阻不好匹配的問題，而這個電路又是很 常見的，於是集成電路生產商（比如 ADI 公司）就把這個電路集成在一個叫做 AD8276 的 集成電路中，這就是一種功能放大器，被稱爲差動放大器——Difference Amplifier。
當然，這一種放大器內部的電阻有像 AD8276 一樣的，是 1:1 的，也有 1:10，1:5，1:2 的，型號也就不同。這取決於哪種電阻匹配是較爲常見的。
這就是所有功能放大器誕生的基礎：功能很常見，用戶自己做沒有廠家做得好。
功能放大器種類很多，常見的有以下幾種：
儀表放大器
高阻差分輸入，輸出有單端的，也有差分的，增益一般可以用一個外部電阻，由用戶 選擇設定。常用於儀器儀表的最前端，和傳感器直接接觸。
儀表放大器內部通常具有 2 個或者更多的運放，最典型的是 3 運放結構。其它的還有 2 運放結構、電流鏡結構、飛電容結構等。
儀表放大器具有極高的共模抑制比——對信號的差值極爲敏感而對共模量不敏感，還 有極高的輸入阻抗。但是它的輸入管腳有工作限制：第一不得懸空，第二不能承載太高的 電壓。
圖 1-5 左邊是 ADI 公司生產的 AD8221 管腳圖，可以看出它有兩個輸入端-IN 和+IN， 一個輸出端 VOUT，2 腳和 3 腳之間需要用戶連接一個電阻，以決定儀表放大器的電壓增 益。圖 1-5 右邊電路中給出了 AD627 的電壓增益公式，電阻 RG越小，增益越大。
圖 1-5 右邊電路中，電阻橋組成的傳感器感知被測信息，產生 VDIFF，以電壓差的形式 反映被測信息，AD627 的兩個輸入端有極高的輸入阻抗，幾乎不會從傳感器側取用電流， 因此傳感器輸出阻抗的變化不會帶來額外的影響，保證 VOUT=VREF+GVDIFF。
差動放大器
由一個運放和若干個激光校準電阻對集成在一起的電路，而其中的電阻值選擇均以容 易形成差動放大器爲目的。
多數如 AD8276 一般，包含 4 個激光校準的電阻，也有 5 電阻、6 電阻甚至更多電阻 的，主要用於信號減法（比如電流檢出） 、精確增益、信號的差分轉單端、電平移位等。
生產廠家提供各式各樣的差動放大器，主要目的是給用戶提供高質量運放和激光校準 電阻對的組合。用戶更看重的是那幾個精密匹配的電阻。
以圖 1-6 所示的 AD8270 爲例，可以看出它內部由兩個獨立的差動放大器組成，每個 差動放大器都有 7 個電阻，用戶可以在芯片外部對它們進行合適的連接，以實現不同的功 能。圖 1-6 僅是一種連接方式，作爲一個 AD 轉換器 AD7688 的前級驅動電路。
除此之外，如果你想實現一個單純的減法電路 U15=U+IN-U-IN，可以把 1 腳、5 腳、6 腳 懸空。要實現 U15=0.5(U+IN-U-IN)，可以把 4、5、6 腳都接地，1 腳和 15 腳接到一起。要實 現 U15=2(U+IN-U-IN)，可以把 1 腳和 2 腳接在一起，3 腳 4 腳接在一起，5、6 腳接地。
此時你應該明白，AD8270 外圍的 7 個電阻爲什麼選擇這樣的阻值了吧——衆多的排 列組合，可以實現多種功能。
程控增益放大器
放大器的增益可以由用戶通過數字信號設定，或者說可以用處理器程序實施設定，因 此叫 Programmable，可程控，或者叫 Digital Controlled Variable Gain Amplifier。通常縮寫 爲 PGA 或者 DVGA。
程控增益放大器的增益設定，有多個管腳配合設定 2 進制增益的，也有通過數字通信 接口給放大器寫入命令的。
主要用於被測信號幅度變化較大且不可事先預知的情況：程控增益放大器的輸出經過 ADC 進入處理器中，處理器分析所得數據，如果發現信號變化範圍太小，可以發出指令， 用程序增大 PGA 的增益，如果信號變化範圍過大，可以用程序實現增益的縮減，最終使得 放大器處於隨時可調的最佳增益狀態。
ADI 公司生產的程控增益放大器主要分爲兩類：低頻段的精確增益型，以及高頻段 的。圖 1-7 是低頻段的 AD8231 和高頻段的 AD8366。
低頻段追求精確增益以及其他優秀的直流性能，AD8231 靠三根線實現 8 種增益 1 倍、2 倍、……128 倍，15μV 失調電壓，G=1 時僅有 0.08%的增益誤差。但是它的帶寬只 有 2.7MHz。
AD8366 的-3dB 帶寬可以達到 600MHz，平坦區可達 100MHz 以上。但是它的增益準 確度只有±0.25dB，約爲 0.97~1.03，±3%的誤差。 AD8366 的增益控制很靈活，可以單獨控制 2 路中的一路，也可以同步控制；可以並 行控制，也可以用 SPI 實施串行控制。
AD8231 內部是一個可以改變增益的儀表放大器，因此它既是程控增益放大器，又是 儀表放大器。
壓控增益放大器
放大器的增益由外部施加的電壓 VG連續控制。ADI 公司稱之爲 Variable Gain Amplifier, VGA。有 dB 線性和 V/V 線性兩種。有的是正控制——VG越大，增益越大；有 的是負控制——VG越大，增益越小。
用途很廣泛。其中一個主要應用是自動增益控制 AGC。有些芯片爲此還內嵌了輸出有 效值檢測環節，以直流電壓表徵輸出幅度，此電壓如果回送到負控制的壓控增益放大器的 VG腳，可以方便實現 AGC 功能——輸入幅度大範圍改變時，輸出幅度幾乎不變。錄音筆 中一般都具備這種功能：距離說話者遠也罷、近也罷，錄下的聲音大小几乎是一致的。
dB 線性：以 dB 爲單位的放大器增益，與控制電壓 VG成線性關係。即每相同的控制 電壓增量，獲得相同的以 dB 爲單位的增益改變。此類用途更廣，芯片種類也多。
V/V 線性：電壓增益（倍數，即 V/V），與控制電壓 VG成線性關係。即每相同的控制 電壓增量，獲得相同的增益倍數改變。
AD602 是一款應用較爲廣泛的獨立雙通道壓控增益放大器。每個通道由壓控衰減環 節、固定增益環節級聯組成，差分輸入的 C1HI 和 C1LO 作爲控制電壓 VG，可實現10dB~30dB 的 dB 線性，DC~35MHz 的壓控增益放大。
AD8367 功能更爲強大，500MHz 內實現-2.5dB~42.5dB 的 dB 線性壓控放大，且正、 負控制靠 MODE 腳設定，內嵌輸出有效值檢測。
隔離放大器
實現放大器輸入信號與輸出信號之間的電氣隔離。實現方法有三類：變壓器型、光電 耦合器型、電容型。ADI 的產品主要是變壓器型。
如圖所示是 AD202，一款我念書時就存在並持續發售的隔離放大器。左邊是信號輸入 區域，右邊是輸出區域，兩個區域是完全隔離的，僅能通過上部的信號變壓器、下部的電 源變壓器實現信號和能量的傳遞。兩區域之間的隔離電壓可以高達 2000V。
信號通路爲：左側有一個獨立的運放（圖中左上角），以及隨後的調製環節，把低頻信 號變成 25kHz 的調製信號，通過隔離變壓器傳遞到右側，隨後解調輸出。
爲了實現隔離，還需要給信號輸入側提供單獨的隔離電源。AD202 圖中下部是能量傳 遞，由右側給左側提供電力。這爲用戶提供了方便。但是，這種電源即圖中的±7.5V，一般 僅能提供微弱的電力。
需要特別注意的是，隔離放大器只能放大低頻信號，像 AD202 只有 2kHz 的帶寬。
