信號鏈基礎(chǔ)知識2：基本運(yùn)算--運(yùn)算放大器

　　上一篇文章的理論延伸，我們可以實(shí)現(xiàn)一個基本應(yīng)用電路。根據(jù)了解利用該模擬信號鏈的基本構(gòu)建塊所進(jìn)行的運(yùn)算。

　　該具有差動輸入的高增益電路的名稱起源于模擬計(jì)算機(jī)時代。每一個數(shù)學(xué)運(yùn)算都需要一個放大器來將一個函數(shù)與下一個函數(shù)隔離。簡單來說，可以配置一個運(yùn)算放大器 (op amp)，以用于實(shí)現(xiàn)反相或非反相增益(見圖 1)。

　　圖 1 基本增益級

　　該增益方程式表明，當(dāng) Ri>Rf 時，反相級可能會有一個小于 1 的閉環(huán)增益 (Acl);當(dāng) Ri=Rf 時，該增益為 -1(反相),該非反相級絕不可能有一個小于單位增益 (unity) 的增益。當(dāng) Ri 為開路時，該電路就會簡化為一個單位增益電壓跟隨器。如果需要一個小于 1 的增益，那么就應(yīng)該在放大器前面放置一個電壓分壓器。

　　由于這是一個線性系統(tǒng)，所以適用線性迭加法則。因此，下面要講的就是將兩個或更多的信號累加起來(見圖 2)。

　　圖 2 加權(quán)信號求和

　　為了建立這些關(guān)系，首先假設(shè) V2=0，并以 V1 的一個函數(shù)寫出 Vout 的方程式。然后假設(shè) V1=0，并寫出 V2 的方程式。將兩項(xiàng)合并就可以得到完整的傳輸函數(shù)?？梢杂么颂幩镜牟糠植⒙?lián)方式添加更多的輸入，并且利用該迭加技術(shù)可以得出總傳輸函數(shù)。

　　與剛才的運(yùn)算相比，這種可添加電壓的能力更具價值。在一個設(shè)計(jì)中，很多時候都必須進(jìn)行一個電平轉(zhuǎn)換，而這些電路正好可以完成這一任務(wù)。通過這些求和的變化，也有可能實(shí)現(xiàn)補(bǔ)碼運(yùn)算(也即減法運(yùn)算)見圖 3。

　　圖 3 差動放大器 (diff amp)

　　如上那樣使用線性迭加，該差動放大器的通用輸出表達(dá)式為：

　　一種被廣泛使用的應(yīng)用是那些可用信號依存 (ride on) 于干擾信號中的應(yīng)用(見圖 4)。干擾信號被稱作共模電壓 (Vcm)，因?yàn)槠錇閮蓚€輸入共有，而理想信號為差模電壓 (Vdm)。在此情況下，其值為 Vdm1 與 Vdm2 的和。

　　如圖 4 差動放大器應(yīng)用

　　如果 R1=R4 且 R2=R3，那么 Vout 可由下式得出：

　　消除干擾信號的精確度取決于兩個變量：電阻器匹配的精確度和運(yùn)算放大器的參數(shù)(被稱為共模抑制比 (CMRR))。假設(shè)的確存在完美的運(yùn)算放大器，那么電阻器不匹配導(dǎo)致的輸出計(jì)算則為一道簡單的電子表格計(jì)算題。

　　表 1 電阻器不匹配導(dǎo)致的輸出計(jì)算

　　既然我們已經(jīng)有了一套基本構(gòu)建塊，那么接下來我們就可以開始選擇各種可用的轉(zhuǎn)換器了。