上一篇筆者從理論研究的方面，筆者跟大家講述了如何用好OPA627和AD797這兩款運(yùn)放【點(diǎn)擊查看】，今天，我們接著從實(shí)際應(yīng)用上來看看，下圖是筆者設(shè)計(jì)的Hi-end平衡前級(jí)的框圖：

從圖上看，這是一個(gè)平衡前級(jí)電路。接下來，我將針對(duì)該平衡前級(jí)線路進(jìn)行再設(shè)計(jì)：

一、輸入緩沖和阻抗變換級(jí)的設(shè)計(jì)

輸入緩沖和阻抗變換級(jí)的主要功能是將來自前級(jí)的信號(hào)經(jīng)過緩沖和阻抗變換，轉(zhuǎn)換為低阻抗的信號(hào)。此級(jí)電路，選擇AD797運(yùn)放，是會(huì)有巨大風(fēng)險(xiǎn)的（理由前面已經(jīng)闡述）。因此，選擇OPA627運(yùn)放作為該級(jí)的放大，以保證電路性能的穩(wěn)定。

下面，針對(duì)該級(jí)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和指標(biāo)估算：

如前述，反相放大器的增益會(huì)隨信號(hào)源內(nèi)阻影響而變化，因此，本設(shè)計(jì)選用同相放大電路。OPA627同相放大電路為一經(jīng)典電路，不再重復(fù)。經(jīng)查該運(yùn)放規(guī)格書，可知，其噪聲和輸入電阻之間的關(guān)系（見下圖）：

Rs越低，運(yùn)放總體噪聲越小。在200歐姆時(shí)達(dá)到最小值（約4.5nV/Hz），在200歐姆到1K歐姆之間，噪聲緩慢增加到5.5nV/Hz。輸入電阻超過10K歐姆時(shí)，運(yùn)放總體噪聲已經(jīng)超過了10nV/Hz。

考慮到輸入電阻過低，可能會(huì)導(dǎo)致在更換為其它型號(hào)的運(yùn)放時(shí)，運(yùn)放輸入級(jí)過載。這個(gè)問題當(dāng)采用NE5534或NE5532時(shí)就會(huì)遇到。這是因?yàn)橐陨蟽煽钸\(yùn)放輸入級(jí)為了防止Biploar過載，增加了正反二極管的保護(hù)電路所致。考慮到電路的通用性，故不能采用過低的輸入電阻。

綜上所述，輸入電阻的阻值可在300歐姆至1K歐姆范圍內(nèi)選取。此時(shí)系統(tǒng)仍可保持一個(gè)相對(duì)低的噪聲水準(zhǔn)。即便信號(hào)源內(nèi)阻增加到5K，整體噪聲也可控制在9nV/Hz以內(nèi)。結(jié)合多種因素考慮，最終輸入電阻可暫定為1K。

下面，貼出AD797的規(guī)格書中輸入電阻和總體噪聲的圖，來驗(yàn)證本設(shè)計(jì)的正確性：

從圖上可以看出，雖然在低輸入電阻的部分OPA627噪聲要高于AD797，但在主要工作區(qū)間，OPA627的總體噪聲都是要低于AD797的，針對(duì)器件的選型和參數(shù)整定是正確的。

當(dāng)然，該場(chǎng)合選擇AD797，可能在調(diào)試或仿真時(shí)也會(huì)有不錯(cuò)的性能，但實(shí)際應(yīng)用時(shí)，遇到輸出阻抗高的信號(hào)源，總體性能就會(huì)惡化，這一點(diǎn)要特別注意。

二、差動(dòng)放大級(jí)的設(shè)計(jì)

差動(dòng)放大級(jí)的主要功能是完成平衡到不平衡的轉(zhuǎn)換。本級(jí)電路由于前面已增加緩沖和阻抗變換級(jí)，輸入電阻已不是問題，因此兩種運(yùn)放都有得到應(yīng)用的機(jī)會(huì)。在這種情況下，應(yīng)如何選擇？由于本級(jí)是平衡到不平衡的轉(zhuǎn)換，因此針對(duì)線路上的共模噪聲的抑制性能就顯得格外重要，因此需要重點(diǎn)關(guān)注這個(gè)指標(biāo)。

查看規(guī)格書，可以比對(duì)OPA627和AD797兩款運(yùn)放在共模抑制方面的差異如下：

可以看出，無論在低頻段，還是在高頻段，AD797的CMR特性均優(yōu)于OPA627。因此，本級(jí)電路首選AD797，以獲得更為優(yōu)越的共模噪聲抑制性能，從而降低外界的干擾。

在電路參數(shù)選擇上，AD797輸入電阻阻值不可大于1K歐姆，否則噪聲會(huì)急劇惡化。考慮到更換運(yùn)放方便起見（和其它類型運(yùn)放的通用性），輸入電阻暫定為1K歐姆。此時(shí)，輸出總體噪聲約為7.9nV/Hz水平。

三、阻抗變換級(jí)設(shè)計(jì)（差動(dòng)放大之后，音量衰減之前的那一級(jí)）

本級(jí)的輸入是差動(dòng)放大級(jí)，因此也不存在信號(hào)源輸入阻抗的問題。那么在這一級(jí)的設(shè)計(jì)上，應(yīng)考慮哪些問題呢？

再次對(duì)比規(guī)格書，我們發(fā)現(xiàn)，在輸出電流能力方面，OPA627在25度常溫下，最大輸出電流范圍約在45-68mA之間。而AD797的輸出電流能力可以達(dá)到85-95mA。此時(shí)，AD797更接近一個(gè)理想運(yùn)放。再看THD失真指標(biāo)，在單位緩沖器條件下，OPA627的THD在1KHz時(shí)可達(dá)0.00003%，這是一個(gè)非常優(yōu)秀的水平。但我們?cè)倏?0KHz的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)OPA627的THD急劇惡化為0.0005%。

相比之下，AD797給出的20KHz的數(shù)據(jù)，THD為-120dB，也即0.0001%的水平。同時(shí)，AD797還給出了在250KHz時(shí)的THD，此時(shí)的THD指標(biāo)為-98dB ，也即0.0015%的水平。而OPA627在這個(gè)場(chǎng)景下確沒有數(shù)據(jù)。相信也會(huì)按照20dB/十倍頻程的規(guī)律惡化。從這個(gè)意義上看，在條件許可的前提下，盡可能選擇AD797是明智的。四、阻抗變換級(jí)設(shè)計(jì)（音量衰減之后的那一級(jí)）

這一級(jí)的設(shè)計(jì)，需要考慮衰減式音量控制引發(fā)的輸入電阻的變化了。因此，還是只能保守的選擇OPA627作為放大。此時(shí)，若選擇AD797，則電路噪聲會(huì)急劇惡化，性能是無法得到保障的。

五、主放大級(jí)設(shè)計(jì)

盡可能選用AD797。由于電壓放大級(jí)有增益，反饋電阻阻值比輸入電阻阻值大，此時(shí)，可以考慮以較小的輸入電阻來進(jìn)一步提升AD797的性能。

若選擇300歐姆的輸入電阻，則電路的總噪聲系數(shù)可控制在1.3nV/Hz的低水平上！同時(shí)，輸出失調(diào)電壓也可控制在數(shù)十uV的低數(shù)量級(jí)。加上極低的THD指標(biāo)和輔助的外圍電路設(shè)計(jì)，最終可以獲取非常高的總體性能。

通過以上實(shí)例，我們親歷了運(yùn)算放大器的選型和設(shè)計(jì)過程。這個(gè)過程不但對(duì)我們進(jìn)行運(yùn)放電路設(shè)計(jì)時(shí)有幫助，在其它放大器的設(shè)計(jì)中，也同樣適用！