Instrumentenverstärker
Messung des linearen Arbeitsbereichs
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Vergleich der Messergebnisse
Mit dem zuvor beschriebenen Messsystem wurde der lineare Arbeitsbereich mehrerer Instrumentenverstärker vermessen, um die Übereinstimmung mit den theoretischen Resultaten der Software „Vcm vs. Vout Calculator“ zu verifizieren.
Bild 6 zeigt das gemessene und das theoretische Diagramm für einen Instrumentenverstärker mit drei Operationsverstärkern. In Bild 7 sind Messergebnis und theoretisches Diagramm für einen Instrumentenverstärker mit zwei Operationsverstärkern dargestellt. In beiden Bildern ist eine sehr genaue Korrelation zwischen theoretischen und tatsächlich gemessenen Werten zu erkennen.
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Vergleich der Messergebnisse, Bilder 6-8
Bild 8 gibt die Ergebnisse für einen Instrumentenverstärker mit zwei Operationsverstärkern und Verstärkerstufe wieder. Zwar lässt auch Bild 8 eine sehr gute Korrelation zwischen den Ergebnissen der Software „Vcm vs. Vout Calculator“ und den Angaben im Datenblatt erkennen, doch gibt es auch Bereiche, in denen die gemessenen Resultate außerhalb der theoretischen Werte liegen. Besonders ist dies in der Nähe der minimalen und maximalen Ausgangsspannungen der Fall. Zu den vielen Gründen, die hierfür in Frage kommen, gehören Prozessverschiebungen, die Temperatur und der Laststrom.
Zu beachten ist, dass die UGl-UA-Diagramme in den Datenblättern von Instru-mentenverstärkern als typische Spezifikationen betrachtet werden, die auf rund 68 % aller Bauelemente zutreffen. Es ist also möglich, einen Instrumentenverstärker-IC zu finden, dessen gemessener linearer Arbeitsbereich eine Obermenge des im Datenblatt angegebenen Bereichs ist.
Das Gegenteil ist aber ebenfalls möglich. In Bild 8 sind mehrere solcher Bereiche erkennbar. Beim Schaltungsentwurf ist es deshalb empfehlenswert, deutlich innerhalb des linearen Arbeitsbereichs des Instrumentenverstärkers zu bleiben, um prozess- und temperaturbedingte Schwankungen zu berücksichtigen (Bild 9).
Die Korrelation der Ergebnisse des Software Tool „Vcm vs. Vout Calculator“ mit den Messwerten spricht für den Einsatz des Software Tool, um den linearen Arbeitsbereich von Instrumentenverstärkern zu ermitteln.
Die Autoren bedanken sich bei Shreenidhi Patil für seine technische Mitwirkung an der Software des Messsystems und am Erfassen der Daten. Ihr Dank geht darüber hinaus an Art Kay für die Entwicklung des Software Tool „Vcm vs. Vout Calculator“.
Literatur
[1] Semig, P.: Instrumentation amplifier VCM vs. VOUT plots: Part 1. EDN Network, 3. Dezember 2014, www.edn.com/design/analog/4437848/Instrumentation-amplifier-VCM-vs-VOUT-plots--Part-1.
[2] Semig, P.: Instrumentation amplifier VCM vs. VOUT plots: Part 2. EDN Network, 10. Dezember 2014, www.edn.com/design/analog/4437922/Instrumentation-amplifier-VCM-vs--VOUT-plots--part-2.
[3] Semig, P.: Instrumentation amplifier VCM vs. VOUT plots: Part 3. EDN Network, 16. Dezember 2014, www.edn.com/design/analog/4438001/Instrumentation-amplifier-VCM-vs--VOUT-plots--Part-3.
[4] Semig, P.: VCM vs. VOUT plots for instrumentation amplifiers with two op amps. Texas Instruments, Analog Applications Journal, 4. Quartal 2015, www.ti.com/lit/an/slyt647/slyt647.pdf.
[5] Semig, P.: Linear operating region of two-op-amp instrumentation amplifiers with gain stages. Texas Instruments, Analog Applications Journal, 3. Quartal 2016, www.ti.com/lit/an/slyt647/slyt647.pdf.
[6] Calculate Input Common-Mode Range of Instrumentation Amplifiers. Software Vcm vs Vout Calculator for Instrumentation Amplifiers (Rev. F), Texas Instruments, http://www.ti.com/tool/ina-cmv-calc.
Die Autoren
Pete Semig
ist Applikationsingenieur für Analogschaltungen im Bereich für allgemeine Verstärker bei Texas Instruments. Seitdem er bei Texas Instruments arbeitet hat er sich vorrangig mit Instrumentenverstärkern und Differenzverstärkern beschäftigt. Derzeit befasst er sich mit Operationsverstärkern für die Automobilindustrie.
Vor seinem Eintritt bei Texas Instruments war Pete Semig als Dozent an der Michigan State University im Fachbereich Elektrotechnik und Informatik tätig. Pete schloss sein Studium in Elektrotechnik (B. Sc. und M. Sc.) an der Michigan State University 1998 und 2001 ab.
asktexas@ti.com
Collin Wells
leitet als Applications Manager den Bereich für allgemeine Verstärker bei Texas Instruments. Er hat zuvor im Bereich für industrielle Produkte und Anwendungen gearbeitet und ist Experte für 4–20-mA-Sensor-Schnittstellentreiber, analoge Ausgangsstufen und Schutzschaltungen.
Wells Collin konzentriert sich auf das Thema Stabilität von Operationsverstärkern und mag es, andere über das Thema durch Publikationen und Videos zu unterreichten. Er studierte Elektrotechnik (B. Sc.) an der University of Texas in Dallas, wo er sich auch mit dem Thema Robotik beschäftigte und sich als Tutor engagierte.
asktexas@ti.com
- Messung des linearen Arbeitsbereichs
- Messaufbau für Instrumentenverstärker
- Vergleich der Messergebnisse
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