Instrumentenverstärker
Messung des linearen Arbeitsbereichs
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Messaufbau für Instrumentenverstärker
Um das UGl-UA-Diagramm für einen Instrumentenverstärker zu erstellen, muss die Messvorrichtung die Gleichtakt-Eingangsspannung und die differenzielle Eingangsspannung (UD) des Instrumentenverstärkers variieren und gleichzeitig die Ausgangsspannung überwachen können.
Um kleine Änderungen der Linearität des Ausgangssignals zu erfassen, muss die Genauigkeit des Messsystems besser sein als die Linearitäts-Spezifikation des zu prüfenden Instrumentenverstärkers oder wenigstens gleich. Die typisch zwischen 0,05 % und 0,001 % liegende Nichtlinearität der Eingangsstufe eines Instrumentenverstärkers legt folglich die Anforderungen an die Genauigkeit des Messsystems fest.
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Darüber hinaus müssen bei jeder Gleichtaktspannung die Verstärkungs- und Offset-Fehler des Instrumentenverstärkers herausgerechnet werden, damit nur der Linearitätsfehler übrigbleibt.
An den Messaufbau (Bild 4) werden in erster Linie drei Anforderungen gestellt.
Erstens müssen drei Stromversorgungen vorhanden sein, um die Versorgungsspannungen (+UB und –UB) und die Referenzspannung URef für den Instrumentenverstärker bereitzustellen.
Zweitens werden zwei präzise und feineinstellbare Spannungsquellen benötigt, die die Spannungen UD und UGl für den Instrumentenverstärker erzeugen. Die erste wird zwischen dem Masse-Anschluss und dem negativen Eingang (U–E) des Instrumentenverstärkers angelegt und steuert die Gleichtaktspannung. Die zweite, an die Eingänge U–E und U+E angeschlossene Spannungsquelle erzeugt die differenzielle Eingangsspannung. Diese Beschaltung erlaubt ein genaues Variieren von UD und die Grob- und Feineinstellung von UGl.
Drittens werden hochgenaue Spannungsmessgeräte für die Spannungen UD und UA benötigt. Hier sollte auf Spannungsmessgeräte mit der höchsten verfügbaren Genauigkeit zurückgegriffen werden, damit beide Spannungen (UD und UA) mit maximaler Genauigkeit gemessen werden können. Die exakte Überwachung der Eingangsspannung ist äußerst wichtig, da die meisten Spannungsquellen nicht in der Lage sind, die für die Messung benötigte Eingangsspannung mit einer Präzision einzustellen, die über der Linearitäts-Spezifikation des Instrumentenverstärkers liegt. Für URef ist dagegen kein Messgerät erforderlich, denn wenn UD auf null eingestellt ist, entspricht UA der Summe aus URef und der Offset-Spannung des Instrumentenverstärkers. Letztere aber wird für jeden UGl-Wert kalibriert.
Software zum automatisierten Messen
Die Messsystem-Software automatisiert das Erstellen des UGl-UA-Diagramms für die verschiedenen Instrumentenverstärkerschaltungen. Sie steuert UD, um Ausgangsspannungen über den gesamten Versorgungsspannungsbereich zu erzeugen, und überwacht, ob die festgestellten Abweichungen größer sind als die Nichtlinearitätsangaben im Datenblatt. Dieser Ablauf wird für jeden gewünschten UGl-Wert durchgeführt.
Auf der Basis der Verstärkung, der Versorgungsspannung und der Referenzspannung wählt das Messsystem die passenden Eingangsspannungen. Ein binärer Suchalgorithmus steuert die Änderung der Eingangswerte, um zu erfassen, ob die Ausgangsspannung innerhalb der programmierten Linearitäts-Spezifikation liegt (Bild 5).
- Messung des linearen Arbeitsbereichs
- Messaufbau für Instrumentenverstärker
- Vergleich der Messergebnisse
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