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UGl-UA-Diagramme – Teil 2

Instrumentenverstärker mit zwei OPs und einer Verstärkungsstufe

13. Juni 2017, 12:33 Uhr | Pete Semig

Mit den internen Knotengleichungen eines Instrumentenverstärkers lässt sich der eingangsseitige Gleichtaktbereich als Funktion der Ausgangsspannung berechnen. Am Beispiel des Instrumentenverstärkers mit zwei Operationsverstärkern und einer Verstärkerstufe wird das UGl-UA-Diagramm erläutert.

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Der lineare Betriebsbereich von Instrumentenverstärkern hängt von mehreren Faktoren ab, nämlich von der Schaltung, der Versorgungsspannung, der Gleichtaktspannung (U_Gl), der Ausgangsspannung (U_A), der Verstärkung (v) und der Referenzspannung (U_Ref). Das U_Gl-U_A-Diagramm eines Instrumentenverstärkers gibt die Grenzen des Gleichtaktbereichs und der Ausgangsspannung aller internen Operationsverstärker wieder. Bild 1 zeigt ein typisches U_Gl-U_A-Diagramm für einen Instrumentenverstärker aus zwei Operationsverstärkern und einer Verstärkerstufe. Um dieses Diagramm zu erstellen, wurden die beiden Eingangsanschlüsse des ICs miteinander verbunden, um zu gewährleisten, dass die differenzielle Eingangsspannung 0 V beträgt. Anschließend wurde die Gleichtaktspannung bei verschiedenen Referenzspannungs-Werten von 0 V bis 5 V variiert.

Zu beachten ist allerdings, dass das Diagramm in Wirklichkeit U_A als Funktion von U_Gl wiedergibt, was im Gegensatz zu den U_Gl-U_A-Diagrammen der beiden anderen Instrumentenverstärkerschaltungen steht. Einen besonderen Grund für die umgekehrte Ausrichtung gibt es nicht, aber das Diagramm gibt dennoch den linearen Betriebsbereich des Instrumentenverstärker-ICs wieder. Die Ausrichtung der Achsen des Diagramms hängt nicht zuletzt vom jeweiligen Halbleiterhersteller ab. Wird der umgrenzte Bereich (Bild 1) verlassen, hat dies eine nichtlineare Betriebsweise zur Folge (Bild 2).