Differenzverstärker – Elektronik-Kompendium.de

Für das Titelbild im Newsletter zu sehen, bitte den folgenden Link anklicken:
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Vor knapp einem Jahr am 29. Juni 2021 stellte ich das Gesamtprojekt, mit dem entsprechenden Titelbild, die EMG-Messanlage, im Newsletter vor. In diesem Newsletter steht der eigentlich wichtigste Teil im Fokus, wie es das Titelbild zum Ausdruck bringt. Es ist die Eingangstufe mit dem hochwertigen Instrumentations-Verstärker INA111. Übrigens, die eher selten verwendete Bezeichnung „Echter Differenzverstärker“ ist identisch mit dem Begriff Intstrumentationsverstärker.

Zur Realisierung der Verstärkung benötigt der INA111 nur gerade einen Widerstand. Man liest es im INA111-Datenblatt RG (Figure 1: Basis-Connections, Seite 7). Bei einem Wert von 500 Ohm ergibt es via Gegenkopplung eine fixe Verstärkung von 100. Diese 500 Ohm sind im Titelbild und in Bild 3 mit zwei Präzisions Metallschicht-Widerständen R11 und R12 aufgeteilt.Die Widerstands-Toleranz beträgt je 1%. Man erkennt dies an der Zahl 1 im Widerstand.

Diese Aufteilung macht hier Sinn, wegen der zusätzlichen Schutzschaltung mit zwei LED mit grünem Licht (LD1 und LD2). Diese zusätzlich wirksame Schutzmethode, scheint etwas exotisch. Ich habe sie in der Literatur nirgends entdeckt. Das heisst, hat jemand diesen Trick auch schon angewendet, wäre ich an einem EMail-Kontakt interessiert. Wie diese beiden LEDs schützen, zusätzlich mit den Transistoren T1 bis T4 in Funktion als Dioden, erklärt der Elektronik-Minikurs.

Die vollständige Erklärung des eingangsseitigen Verstärker beginnt mit Bild 3 und dem Titel „EMG-Vorverstärker-Deluxe“ und der zugehörigen Erklärung. Man erreicht diese Stelle mit hinunterscrollen. Ein anklickbarer Link für den Sprung zu Bild 3 fehlt mit der Absicht, dass es sich lohnt, beim langsamen hinunterscrollen, etwas vom Inhalt dazwischen zu erfahren. Eine Art Spaziergang. 😉

Unter dem Titel „Wichtige Links gleich am Anfang!“ hat es zwei weitere kleine EMG-Geräte-Links mit Batteriebetrieb. Im Link 9 ist es den „EMG-Testgenerator“. Im Link 10 den „EMG-Elektroden-Impedanztester“. Die genaueren Details liest man ebenfalls hier:

Echter Differenzverstärker IV: Anwendung mit EMG

Das Update besteht aus einem neuen Kapitel mit dem Titel ERSTE STUFE STÄRKER ALS DIE ZWEITE. Beim Betrachten von Datenblättern stellt man in der Regel fest, dass bei einem Instrumentationsverstärker mit hoher Verstärkung stets die erste Stufe die gesamte Verstärkung übernimmt. Die zweite Stufe, welche die verstärkte symmetrische Eingangsspannung zur asymmetrischen Spannung umsetzt, verstärkt nur mit einem Faktor von 1. Diese Art der Aufteilung der Verstärkung hat sehr praktische Gründe, welche in diesem Kapitel thematisiert werden. Solches habe ich bisher noch in keinem Buch gelesen, jedoch ist diese Tatsache, aus der Praxis hergeleitet, einleuchtend und leicht nachvollziehbar. Auch der hier thematisierte INA111 macht keine Ausnahme.

Während bei Gegentakt-Eingangsspannungen die erste Stufe mit einer oft hohen Verstärkung arbeitet, verstärkt sie eine Gleichtakt-Eingangsspannung nur mit einer Verstärkung von 1. Dadurch unterstützt die erste Stufe die zweite Stufe wesentlich bei ihrer eigentlichen Aufgabe Gleichtakt-Spannungen wirksam zu unterdrücken. Die Gleichtakt-Dynamik ist dadurch wesentlich besser. In der umgekehrten Situation, wenn die zweite Stufe die hohe Verstärkung bewältigen muss, trägt die erste wenig bis gar nichts (Verstärkung = 1) zur Verbesserung der Dynamik der Gleichtaktspannung bei. Eine hohe Dynamik bedeutet, dass die Gleichtaktunterdrückung, selbst wenn die Gleichtaktspannung um viele Größenordnungen höher ist als die nutzbare Gegentaktspannung, noch immer einwandfrei arbeitet.

Warum die erste Stufe, besonders bei hoher Verstärkung, wirksam die Gleichtaktunterdrückung unterstützt, hat damit zu tun, dass die Gegenkopplungen der beiden Operationsverstärker nicht je im Alleingang, sondern gemeinsam arbeiten. Dies wird in diesem Elektronik-Minikurs detailliert erklärt.

Es gibt allerdings einen praktischen Grund die Gesamtverstärkung eines Instrumentationsverstärkers in die erste und zweite Stufe aufzuteilen, wobei es aus dem soeben beschriebenen Grund sinnvoll ist, den größeren Verstärkungsanteil auf die erste Stufe zu setzen. Die unterstützende Wirkung der ersten Stufe betreffs Gleichtaktunterdrückung ist durch eine Aufteilung der Gesamtverstärkung schwächer. Sinn macht eine solche Aufteilung dann, wenn die erste Stufe betreffs Frequenzbandbreite, wegen unzureichender Frequenzbandbreite bei Einheitsverstärkung (Unitygain-Bandwidth), nicht genügt.

Echter Differenzverstärker IV

Schlagwort: Differenzverstärker

UPDATE: Echter Differenzverstärker IV (EMG-Vorverstärker)

Update: Echter Differenzverstärker IV (EMG-Vorverstärker Deluxe mit INA111)