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Mehr Spannung, bitte

Operationsverstärker für Medizinanwendungen

29. Juni 2011, 08:20 Uhr   |  Von John Ardizzoni


Fortsetzung des Artikels von Teil 1 .

Spezial-Operationsverstärker

Spezial-OPVs, also Derivative herkömmlicher Operationsverstärker, werden in vielen Anwendungen einschließlich Medizintechnik verwendet. Differenzielle Verstärker sind eine spezielle Klasse von OPVs. Sie eignen sich ideal zum Treiben schneller und genauer A/D-Wandler sowie zum Treiben von Videosignalen über ungeschirmte verdrillte Zweidrahtleitungen (UTP). Ähnlich wie herkömmliche OPVs können differenzielle Verstärker differenzielle oder massebezogene Signale an ihren Eingängen verarbeiten. Allerdings verfügen differenzielle Verstärker gegenüber herkömmlichen OPVs über differenzielle Ausgänge. Differenzielle Verstärker haben auch einen speziellen Eingang, der die ausgangsseitige Gleichtaktspannung steuert. Falls ein System einen A/D-Wandler verwendet, ist darin sehr wahrscheinlich ein differenzieller Verstärker enthalten.

Instrumentenverstärker werden als wichtige Schnittstelle zwischen Patienten und Equipment verwendet, weil sie eine sehr hohe Eingangsimpedanz sowie geringen Eingangsoffset und Biasstrom aufweisen. Die differenziellen Eingänge sind gegenphasig. Somit können die Eingangsquelle und der Ausgang unabhängig von der Lastreferenz sein. Instrumentenverstärker weisen auch eine sehr hohe Gleichtaktunterdrückung auf, so dass eingekoppeltes Rauschen und Spannungsabfälle auf einem Minimum gehalten werden. Instrumentenverstärker sind in EKG- und EEG-Geräten zu finden.

Verstärker mit einstellbarer Verstärkung (Variable Gain Amplifier oder VGA) sowie Verstärker mit programmierbarer Verstärkung (PGA) lassen sich in einer Kategorie zusammenfassen. Diese Art von Verstärkern kommt ohne Rückkopplungswiderstände oder Widerstände zur Einstellung der Verstärkung aus. Ihre Verstärkung lässt sich mit einer analogen Spannung oder über eine digitale Schnittstelle verändern. VGAs oder PGAs sind üblicherweise in Anwendungen mit automatischer Verstärkungssteuerung oder in Datenerfassungssystemen mit großem Dynamikbereich wie etwa Equipment mit Photodiodenschaltungen und Ultraschall-Eingangsstufen zu finden.

Neue Trends bei Operationsverstärkern

Operationsverstärker mit ständig höherer Integrationsdichte kommen nach und nach auf den Markt. Einige neue Leistungsmerkmale sind Ladungspumpen, Inverter, serielle Schnittstellen, selektierbare Filter, Multiplexer und Last-Detektoren. Ladungspumpen können in der Eingangsstufe des Verstärkers verwendet werden, um größere Spannungshübe, geringere Verzerrungen und eine optimierte Gleichtaktunterdrückung zu ermöglichen. Andere Ladungspumpen werden in Verbindung mit Invertern zur Erzeugung negativer Versorgungsspannungen verwendet.

Dies ermöglicht große Einsparungen bei Anwendungen mit unipolarer Versorgung, weil der Verstärkerausgang sich unter Massepotential bewegen kann und somit die Kosten und der Platzbedarf für eine negative Versorgungsspannung entfallen. Operationsverstärker sind wichtige Funktionsblöcke und in sehr vielen Anwendungen und Systemen enthalten. In Zukunft wird man von OPVs eine noch höhere Leistungsfähigkeit, höhere Integrationsdichten und zusätzliche Funktions- und Leistungsmerkmale verlangen.

Der Autor:

John Ardizzoni
ist Senior Applications Engineer bei der Hochgeschwindigkeits-Verstärker-Gruppe von Analog Devices. Er kam 2002 zu Analog Devices und hat über 29 Jahre Erfahrung in der Elektronikbranche. Er ist Autor zahlreicher Artikel und anderer Schriftstücke sowie Co-Autor der Kolumne „Rarely Asked Questions“ (RAQ) von Analog Devices.
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