vorläufiges Skript zur Vorlesung ES1 - Elektrotechnik
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Skript zur Vorlesung ES1, Fassung vom 9.Mai 2006, Prof.Dr.Arnold, FB1, FH-Ge 64 4.11 Instrumentenverstärker Die Nachteile des zuvor durchgesprochenen Di¤erenzverstärkers liegen auf der Hand. Zum einen belasten die endlichen (ungleiche!) Eingangswiderstände die Spannungsquellen am Eingang, zum anderen ist es schwierig die Verstärkung einzustellen, da mindestens zwei Widerstände in exakt der gleichen Weise geändert werden müssen. Dies führt, selbst wenn sehr gute Tandempotentiometer eingesetzt werden, unwillkürlich zum Aufbrechen der Symmetrie und damit zum Ansteigen der unerwünschten Gleichtaktverstärkung. Beide Probleme löst die folgende, als Instrumentenverstärker bekannte, Schaltung. Nimmt man ideale OP an, so ist diese Schaltung leicht zu berechnen. Dass alle gesteuerten Quellen gegengekoppelt sind, erkennt man direkt mit Hilfe der bereits besprochenen Grundschaltungen. Nimmt man e ! 1 für alle OPs an, so liest man u3 = Ue und u4 = Ue+ direkt aus der Schaltung ab und erhält I = (Ue Ue+) Mit diesem Strom berechnet R1 man die Eingangsspannungen u1 und u2 für die Di¤erenzverstärkerstufe auf der rechten Seite
Skript zur Vorlesung ES1, Fassung vom 9.Mai 2006, Prof.Dr.Arnold, FB1, FH-Ge 65 der Schaltung. u1 = Ue + I R2 = Ue + (Ue Ue+) R1 = Ue + R2 (Ue Ue+) und R1 u2 = Ue+ I R2 = Ue+ = Ue+ R2 R1 (Ue Ue+) (Ue und damit die Ausgangsspannung des gesamten Verstärkers Ua = R4 R3 = R4 R3 (u2 u1) = R4 1 + 2R2 R1 R3 Ue+ (Ue+ Ue ) R2 Ue+) R2 R1 R2 (Ue Ue+) Ue R1 Wie man sieht, kann die Verstärkung durch Ändern eines eizigen Widerstandes, nämlich R1, eingestellt werden. Diese Schaltung wird von vielen Halbleiterherstellern als IC angeboten, so liefert z.B. Burr Brown den Instrumentenverstärker INA101, der in der folgenden Abbildung als Datenblattauszug dargestellt ist. Die Verstärkung kann durch Ändern eines einzigen Widerstandes eingestellt und gemäßDatenblattlaut zwischen 1 und 1000 verändert werden. Literatur: [Rei97, Kapitel 3.2.3.1] R2 R1 (Ue Ue+)
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<strong>Skript</strong> <strong>zur</strong> <strong>Vorlesung</strong> <strong>ES1</strong>, Fassung vom 9.Mai 2006, Prof.Dr.Arnold, FB1, FH-Ge 64<br />
4.11 Instrumentenverstärker<br />
Die Nachteile des zuvor durchgesprochenen Di¤erenzverstärkers liegen auf der Hand. Zum einen<br />
belasten die endlichen (ungleiche!) Eingangswiderstände die Spannungsquellen am Eingang, zum<br />
anderen ist es schwierig die Verstärkung einzustellen, da mindestens zwei Widerstände in exakt<br />
der gleichen Weise geändert werden müssen. Dies führt, selbst wenn sehr gute Tandempotentiometer<br />
eingesetzt werden, unwillkürlich zum Aufbrechen der Symmetrie und damit zum Ansteigen<br />
der unerwünschten Gleichtaktverstärkung. Beide Probleme löst die folgende, als Instrumentenverstärker<br />
bekannte, Schaltung.<br />
Nimmt man ideale OP an, so ist diese Schaltung leicht zu berechnen.<br />
Dass alle gesteuerten Quellen gegengekoppelt sind, erkennt man direkt mit Hilfe der bereits<br />
besprochenen Grundschaltungen. Nimmt man e ! 1 für alle OPs an, so liest man u3 = Ue<br />
und u4 = Ue+ direkt aus der Schaltung ab und erhält I = (Ue Ue+)<br />
Mit diesem Strom berechnet<br />
R1<br />
man die Eingangsspannungen u1 und u2 für die Di¤erenzverstärkerstufe auf der rechten Seite
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