Mess-Schaltungen
Operationsverstärker abstimmen und stabilisieren
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
In einer Wheatstonebrücke
Die Wheatstone- oder Widerstandsbrücke eignet sich für eine ganze Reihe von Anwendungen. Außerdem kann diese Schaltung mit modernen Operationsverstärkern verwendet werden, um verschiedene Wandler und Sensoren an diese Verstärkerschaltungen anzuschließen. Die Wheatstonebrücke findet häufig Anwendung in elektronischen Schaltungen, die über das Vergleichen eines unbekannten Widerstands mit einem bekannten Widerstand hinausgehen. Eine Wheatstonebrücke hat jeweils zwei Eingangs- und Ausgangsanschlüsse, die aus vier Widerständen in einer rautenförmigen Anordnung bestehen (Bild 3). Bei der Verwendung von Operationsverstärkern, kann die Wheatstonebrückenschaltung genutzt werden, um kleine Widerstandsänderungen zu messen und zu verstärken. Durch Verwendung von Ultrapräzisionswiderständen lässt sich die Brücke im Vergleich zu herkömmlichen Dünnfilmwiderständen viel genauer ausgleichen. Jeder der vier Widerstände ist aktiv. Somit ist es für den Brückenausgleich und deren Stabilität sehr wichtig, die Widerstände aufeinander abzustimmen.
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Gut abgeglichene Wheatstonebrücken-Differenzverstärker kommen bei »intelligenten« Stromnetzen (Smart Grids) für die Messung in Energiezentralen zum Einsatz sowie bei Solarenergie-Umrichtern. Bei jenen basiert der Wirkungsgrad der Umrichtung direkt auf dem Ausgleich der Widerstandsbrücke mit hochstabilen Widerständen.
Präzise und rauscharme Operationsverstärker werden häufig dazu verwendet, um das Signal, das von einem Sensor eintrifft (z. B. für Temperatur, Druck, Licht), zu konditionieren, bevor es einem A/D-Wandler zugeführt wird (Bild 4). In derartigen Anwendungen sind zwei Parameter des Operationsverstärkers für eine gute Systemauflösung entscheidend: die Offsetspannung und das Spannungsrauschen jeweils am Eingang. Durch die geringen Offset- und Rauschwerte von Ultrapräzisionswiderständen eignen sich diese Bauteile besonders für Sensorschnittstellen und Transmitter.
Auch für Eingänge von Digital/Analog-Wandlern (DACs) sind hochpräzise Widerstände als Referenz vorzuziehen (Bild 5). Digitale Signale, die über hochpräzise abgestimmte Widerstände laufen, verursachen in analogen Ausgangssignalen weniger Rauschen und Verzerrungen. Der Rauschpegel der »Bulk Metal Foil«-Technologie von VPG Foil Resistors beträgt –40 dB. Dies prädestiniert diese Widerstandstechnik für High-End-Audiowandler-Schaltungen als Referenzen und Verstärkungswiderstände. Die rauscharmen Operationsverstärker sind auch bei HF-Systemen für die Luft- und Raumfahrt von entscheidender Bedeutung, beispielsweise für Gyroskope, GPS-Chipsatz-Steuerverstärker sowie Richtantennensteuerungen.
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