Aufbau eines Differenzverstärkers

Differenzielle Op-Amp-Schaltungen

Ein Operationsverstärker ohne Rückkopplung ist bereits ein Differenzverstärker, der die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Eingängen verstärkt. Seine Verstärkung kann jedoch nicht gesteuert werden und ist im Allgemeinen zu hoch, um von praktischem Nutzen zu sein. Bisher hat unsere Anwendung der negativen Rückkopplung bei Operationsverstärkern zum praktischen Verlust eines der Eingänge geführt, wobei der resultierende Verstärker nur zum Verstärken eines einzelnen Spannungssignaleingangs geeignet ist. Mit ein wenig Einfallsreichtum können wir jedoch eine Operationsverstärkerschaltung konstruieren, die beide Spannungseingänge beibehält, jedoch mit einer kontrollierten Verstärkung, die durch externe Widerstände eingestellt wird.

Wenn alle Widerstandswerte gleich sind, hat dieser Verstärker eine Differenzspannungsverstärkung von 1. Die Analyse dieser Schaltung ist im Wesentlichen die gleiche wie die eines invertierenden Verstärkers, außer dass der nicht invertierende Eingang (+) des Operationsverstärkers bei liegt eine Spannung gleich einem Bruchteil von V₂ , anstatt direkt mit Masse verbunden zu sein. Es liegt auf der Hand, dass V₂ fungiert als nichtinvertierender Eingang und V₁ fungiert als invertierender Eingang der Endverstärkerschaltung. Deshalb:

Wenn wir eine Differenzverstärkung von etwas anderem als 1 bereitstellen wollten, müssten wir die Widerstände in beide . anpassen oberer und unterer Spannungsteiler, was mehrere Widerstandsänderungen und Symmetrierung zwischen den beiden Teilern für symmetrischen Betrieb erfordert. Dies ist aus offensichtlichen Gründen nicht immer praktikabel.

Das Eingangsspannungssignal puffern

Eine weitere Einschränkung dieses Verstärkerdesigns ist die Tatsache, dass seine Eingangsimpedanzen im Vergleich zu denen einiger anderer Operationsverstärkerkonfigurationen, insbesondere des nichtinvertierenden Verstärkers (single-ended input) ziemlich niedrig sind. Jede Eingangsspannungsquelle muss Strom durch einen Widerstand treiben, der eine weitaus geringere Impedanz darstellt als der bloße Eingang eines Operationsverstärkers allein. Die Lösung für dieses Problem ist zum Glück recht einfach. Alles, was wir tun müssen, ist jedes Eingangsspannungssignal durch einen Spannungsfolger wie diesen zu „puffern“:

Jetzt die V₁ und V₂ Eingangsleitungen sind direkt mit den Eingängen von zwei Spannungsfolger-Operationsverstärkern verbunden, was eine sehr hohe Impedanz ergibt. Die beiden Operationsverstärker auf der linken Seite übernehmen jetzt das Treiben des Stroms durch die Widerstände, anstatt die Eingangsspannungsquellen (was auch immer sie sein mögen) dies tun zu lassen. Die erhöhte Komplexität unserer Schaltung ist für einen erheblichen Vorteil minimal.

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Arbeitsblatt "Sommer- und Subtrahierer-OpAmp-Schaltungen

• Arbeitsblatt für grundlegende Operationsverstärker