信號(hào)鏈基礎(chǔ)知識(shí)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(gè)基本應(yīng)用電路。根據(jù)了解利用該模擬信號(hào)鏈的基本構(gòu)建塊所進(jìn)行的運(yùn)算。

　　該具有差動(dòng)輸入的高增益電路的名稱起源于模擬計(jì)算機(jī)時(shí)代。每一個(gè)數(shù)學(xué)運(yùn)算都需要一個(gè)放大器來(lái)將一個(gè)函數(shù)與下一個(gè)函數(shù)隔離。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，可以配置一個(gè)運(yùn)算放大器 (op amp)，以用于實(shí)現(xiàn)反相或非反相增益(見(jiàn)圖 1)。

　　圖 1 基本增益級(jí)

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

　　由于這是一個(gè)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(gè)或更多的信號(hào)累加起來(lái)(見(jiàn)圖 2)。

　　圖 2 加權(quán)信號(hào)求和

　　為了建立這些關(guān)系，首先假設(shè) V2=0，并以 V1 的一個(gè)函數(shù)寫(xiě)出 Vout 的方程式。然后假設(shè) V1=0，并寫(xiě)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)。可以用此處所示的部分并聯(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(jià)值。在一個(gè)設(shè)計(jì)中，很多時(shí)候都必須進(jìn)行一個(gè)電平轉(zhuǎn)換，而這些電路正好可以完成這一任務(wù)。通過(guò)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(jiàn)圖 3。

　　圖 3 差動(dòng)放大器 (diff amp)

　　如上那樣使用線性迭加，該差動(dòng)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(hào)依存 (ride on) 于干擾信號(hào)中的應(yīng)用(見(jiàn)圖 4)。干擾信號(hào)被稱作共模電壓 (Vcm)，因?yàn)槠錇閮蓚€(gè)輸入共有，而理想信號(hào)為差模電壓 (Vdm)。在此情況下，其值為 Vdm1 與 Vdm2 的和。

　　如圖 4 差動(dòng)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(hào)的精確度取決于兩個(gè)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(jiǎn)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(lái)我們就可以開(kāi)始選擇各種可用的轉(zhuǎn)換器了。