信號鏈基礎知識2：基本運算--運算放大器

　　上一篇文章的理論延伸，我們可以實(shí)現一個(gè)基本應用電路。根據了解利用該模擬信號鏈的基本構建塊所進(jìn)行的運算。

　　該具有差動(dòng)輸入的高增益電路的名稱(chēng)起源于模擬計算機時(shí)代。每一個(gè)數學(xué)運算都需要一個(gè)放大器來(lái)將一個(gè)函數與下一個(gè)函數隔離。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，可以配置一個(gè)運算放大器 (op amp)，以用于實(shí)現反相或非反相增益(見(jiàn)圖 1)。

　　圖 1 基本增益級

　　該增益方程式表明，當 Ri>Rf 時(shí)，反相級可能會(huì )有一個(gè)小于 1 的閉環(huán)增益 (Acl);當 Ri=Rf 時(shí)，該增益為 -1(反相),該非反相級絕不可能有一個(gè)小于單位增益 (unity) 的增益。當 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(xiàn)性系統，所以適用線(xiàn)性迭加法則。因此，下面要講的就是將兩個(gè)或更多的信號累加起來(lái)(見(jiàn)圖 2)。

　　圖 2 加權信號求和

　　為了建立這些關(guān)系，首先假設 V2=0，并以 V1 的一個(gè)函數寫(xiě)出 Vout 的方程式。然后假設 V1=0，并寫(xiě)出 V2 的方程式。將兩項合并就可以得到完整的傳輸函數?？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。

　　與剛才的運算相比，這種可添加電壓的能力更具價(jià)值。在一個(gè)設計中，很多時(shí)候都必須進(jìn)行一個(gè)電平轉換，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)現補碼運算(也即減法運算)見(jiàn)圖 3。

　　圖 3 差動(dòng)放大器 (diff amp)

　　如上那樣使用線(xiàn)性迭加，該差動(dòng)放大器的通用輸出表達式為：

　　一種被廣泛使用的應用是那些可用信號依存 (ride on) 于干擾信號中的應用(見(jiàn)圖 4)。干擾信號被稱(chēng)作共模電壓 (Vcm)，因為其為兩個(gè)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(dòng)放大器應用

　　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(gè)變量：電阻器匹配的精確度和運算放大器的參數(被稱(chēng)為共模抑制比 (CMRR))。假設的確存在完美的運算放大器，那么電阻器不匹配導致的輸出計算則為一道簡(jiǎn)單的電子表格計算題。

　　表 1 電阻器不匹配導致的輸出計算

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