Instrumentenverstärker
Offsetprobleme bei Messbrücken gelöst
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Ausgangswiderstand bestimmen
Um die Suche nach einem Wert für RA zu vereinfachen, nimmt man eine Versorgung mit zwei Spannungen, einen auf Massepotenzial liegenden REF-Anschluss und eine bekannte bipolare Einstellungsspannung VA an. In diesem Fall ergibt sich die Ausgangsspannung aus Gleichung (5).
(5)
Man beachte, dass die Verstärkung von VA zum Ausgang invertierend ist. Eine Erhöhung von VA reduziert die Ausgangsspannung um einen Bruchteil, vorgegeben durch das Verhältnis der Widerstände R2 und RA. Dieses Verhältnis erlaubt es, den Einstellbereich für einen gegebenen Eingangsoffset zu maximieren. Da der Einstellbereich auf den Eingang des Verstärkers vor der Verstärkung bezogen ist, lassen sich feine Einstellungsstufen auch bei einer Quelle mit niedriger Auflösung erreichen. Da RA normalerweise wesentlich größer als R1 ist, kann man Gleichung (5) gemäß Gleichung (6) approximieren.
(6)
Um einen Wert für RA zu finden, der eine maximale Offseteinstellung, VIN(MAX), mit einem gegebenen Einstellspannungsbereich VA(MAX) ermöglicht, setzt man VOUT = 0 und löst die Gleichung nach RA auf (Gleichung (7)).
(7)
Darin ist VIN(MAX) der maximale Offset, der vom Sensor erwartet wird. Gleichung (5) zeigt auch, dass eine zusätzliche Einstellungsschaltung die Verstärkung vom Eingang zum Ausgang modifiziert. Obwohl dies im Allgemeinen einen kleinen Effekt bewirken wird, lässt sich die Verstärkung nach Gleichung (8) berechnen.
(8)
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Generell sollte für Brückenanwendungen mit unipolarer Versorgungsspannung die Spannung am Referenzanschluss über der Signalmasse liegen. Insbesondere trifft dies zu, wenn das Ausgangssignal der Brücke sich in positive und negative Richtung bewegen kann. Wird die Referenzspannung wie in Bild 5 zu sehen mit einer Quelle mit niedriger Impedanz – etwa ein Widerstandsteiler und ein Puffer – auf eine Spannung VREF getrieben, wird Gleichung (5) zu Gleichung (9).
(9)
Das gleiche Ergebnis erhält man, wenn VOUT und VA in den Ursprungsgleichungen relativ zu VREF genommen werden. VA(MAX) - VREF sollte auch VA(MAX) in Gleichung (7) ersetzen.
- Offsetprobleme bei Messbrücken gelöst
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