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Elektronik-Fibel

Die Elektronik-Fibel, das Elektronik-Buch

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Operationsverstärker
und
Instrumentationsverstärker

Operationsverstärker und Instrumentationsverstärker

Käufer Elektronik-Workshop Kundenmeinung:
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Lernpaket Elektronische Schaltungen selbst entwickeln und aufbauen

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Differenzverstärker (Transistor)

Ein Differenzverstärker ist ein elektronischer Verstärker mit zwei Eingängen E1 und E2 und zwei Ausgängen A1 und A2. Er verstärkt die Spannungsdifferenz zwischen zwei Eingangssignalen. Der Differenzverstärker ist Bestandteil eines Operationsverstärkers. In der Regel liegt er in der Eingangsstufe.
Der Differenzverstärker eignet sich sowohl zum Verstärken von Wechselspannung, als auch von Gleichspannung. Sehr oft wird dieser Differenzverstärker mit einer symmetrischen Betriebsspannung betrieben.

Prinzipschaltung Differenzverstärker
Ein einfacher Differenzverstärker besteht aus zwei identischen Emitterschaltungen mit einem gemeinsamen Emitterwiderstand RE. Dabei entsteht ein Verstärker mit zwei Eingängen an den Basisanschlüssen und zwei Ausgängen an den Kollektoranschlüssen der beiden Transistoren. Der gemeinsame Emitterwiderstand sollte möglichst hochohmig sein, um einen Konstantstrom zu erreichen. Der Emitterwiderstand kann aber nicht beliebig groß gewählt werden. Er bestimmt den Emitterstrom IE in Abhängigkeit der Betriebsspannung.
Der Emitterwiderstand kann auch durch eine Konstantstromquelle ersetzt werden. In den folgenden Schaltungen wird auf die Darstellung der Konstantstromquelle verzichtet.

Legt man an die beiden Eingänge des Differenzverstärkers vollkommen identische Spannungen an (Gleichtaktspannungen), dann sollte die Ausgangsspannung bei einem idealen Differenzverstärker Null betragen. Die Signale würden sich gegenseitig kompensieren. Das setzt voraus, dass die beiden Transistoren absolut identisch sind. Da es wegen Exemplarstreuung eher unwahrscheinlich ist zwei absolut identische Transistoren zu finden, wird über ein Poti (P) im Emitter-Dreieck der Schaltung, die Verteilung des Konstantstroms eingestellt.

In einem integrierten Operationsverstärker sind alle Transistoren auf einem Chip. Daher sind ihre Parameter in einem hohen Maß identisch. Trotzdem gibt es grundsätzlich die selben Probleme, die man als DC-Offsetspannung bezeichnet. Für einen genauen Abgleich kommt ebenfalls ein Poti zum Einsatz.

Differenzverstärker im Differenzbetrieb

Differenzverstärker im Differenzbetrieb
Wird an einem der Eingänge eine Spannung angelegt und der andere Eingang auf 0V gelegt, dann entsteht eine Differenzspannung Ua. Die Ströme IC1 und IC2 ändern sich gegensinnig. Dadurch ändern sich die Spannungen UC1 und UC2. Es entsteht eine Differenzspannung Ua.
Vergleicht man die Spannung an A1 und A2 gegen 0V, dann stellt man eine Invertierung/Inversion der Spannung an A1 geben über Ue fest. Die Spannung an A2 ist zur Eingangsspannung Ue nicht invertiert.

Differenzverstärker im Gleichtaktbetrieb

Differenzverstärker im Gleichtaktbetrieb
Legt man an beiden Eingängen die gleiche Spannung Ue, dann erhöht sich bei beiden Transistoren der Emitter- und Kollektorstrom gleichmäßig. Es tritt keine Differenzspannung Ua auf. Die beiden Spannungen an RC1 und RC2 ändern sich gleichsinnig.
Man nennt das den Gleichtaktbetrieb. Die Verstärkung ist Null. Der Differenzverstärker verstärkt nur Signalunterschiede zwischen E1 und E2.

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