Gleichtaktverstärkung bei Operationsverstärkern [Archiv] - ProgForum.com

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18.01.2004, 17:28

Hallo, ich hätte da mal eine Frage zu der Gleichtaktverstärkung von OP's. Angenommen: Ich nehme einen OP (unbeschaltet). Lege an den Nichtinv. Eingang 3V und an den Inv. Eingang 2V an. Wie hoch ist dann hier die Spannung die durch die Gleichtaktverstärkung verstärkt wird (davon abgesehen ob das Beispiel sinn macht oder nicht)? UD (Differenzspannung)wäre hier ja 1V. Und die Formel für die Ausgangspannung lautet ja: UA = UD*VD+UCM*VCM Kann mir das mit dieser Gleichtaktverstärkung jemand verständlich machen? Gruss Han

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18.01.2004, 17:58

Hallo, kennst du diese seite? <a href="http://www.batronix.com/elektronik/know-how/op-amp.shtml" target=_top>http://www.batronix.com/elektronik/know-how/op-amp.shtml</a> Mfg, Kurt

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18.01.2004, 18:49

Hallo, danke für den Tip. Die Seite ist nicht schlecht, aber eine Antwort auf meine Frage hab ich da leider auch nicht richtig gefunden.

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18.01.2004, 19:18

Du meinst wohl die Gleichtaktunterdrückung ? ( negative Gleichtaktverstärkung ? )

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18.01.2004, 19:38

Ne, schon die Gleichtaktverstärkung und vor allem welche Spannung wird da verstärkt? Die Gleichtaktunterdrückung gibt ja nur das Verhältnis von der Differenzverstärkung zur Gleichtaktverstärkung an.

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18.01.2004, 20:47

die gleichtaktverstärkung (CMR = Common Mode Ratio) verstärkt jenen anteil, der bei den beiden eingängen GLEICH ist: beide eingänge zusammenschliessen! und an einen sinus mit 5V anschliessen. kommen dann am ausgang 10V sinus raus, dann ist die gleichtaktverstärkung 2. da der opv aber eine offsetspannung hat, wird man es nicht schaffen, die eingänge auf gleiches potential zu legen. daher lässt sich die gleichtaktverstärkung auf diese weise praktisch nicht messen.

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18.01.2004, 20:54

@Ralf, ein OPV subtrahiert seine beiden Eingänge voneinander. Die Gleichtaktverstärkung sollte möglichst gering sein. So hat also "icke" recht. Der Hersteller gibt die Gleichtaktunterdrückung an und die sollte möglichst hoch sein. Eine niedrige Gleichtaktunterdrückung wirkt der geforderten Funktionsweise eines OPV entgegen. Bei guten OPV kann sie Werte bis über 100dB erreichen. Zwei Spannungen werden addiert indem du sie auf den gleichen Eingang gibst. Die Summe der Eingangssannungen mal der eingestellten Verstärkung darf dabei nicht die max. mögliche Ausgangsspannung überschreiten. Der OPV würde in diesem Fall begrenzen bzw. Rechtecke erzeugen. Ältere OPV Typen können "fest" fahren. Kaputt gehen sie damit nicht, aber das lineare Ergebniss ist unbrauchbar Gerd H

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18.01.2004, 21:02

Nides war ein Weng schneller wie ich und er hats prima erklärt.

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19.01.2004, 00:31

Hi, als Autor muss ich mich wohl auch noch melden. <blockquote><hr size=0><!-quote-!>quote:Gleichtaktunterdrückung: Steuert man beide Eingänge mit ein und dem selben Signal an, so würde sich der Ausgang theoretisch nicht verändern. In der Praxis ändert sich die Ausgangsspannung wegen den starken Symmetrieunterschieden durch Fertigungstoleranzen. Die Gleichtaktunterdrückung ist in dB angegeben und beschreibt das Verhältnis zwischen Eingangsspannungsänderungen und der Änderung der Offsetspannung. Die im Datenblatt angegebenen 90dB entsprechen einem Verhältnis von 1: 30.000. Dieser Wert wird in der Praxis leider nicht erreicht. Die Gleichtaktunterdrückung macht sich besonders bei auf beide Eingänge gleichzeitig einwirkenden Störsignalen bemerkbar, die z.B. bei Brückenschaltungen, das Ausgangssignal theoretisch nicht beeinflussen können, da sie keine Differenz zwischen den Eingängen erzeugen. Dadurch ergeben sich manchmal auch ziemlich große Meßfehler. <!-/quote-!><hr size=0></blockquote> Der OPV verstärkt die Differenz der beiden Eingänge. Leider sind die Eingänge nicht auf 100,0000000% genau, was sich durch die gewaltige Verstärkung eines OPVs stark bemerkbar macht. Auch ist es in der Praxis unmöglich, die beiden Eingänge exakt auf das selbe Potential zu bringen, da die beiden Eingänge leicht unterschiedliche Leckströme und Eingangswiderstände besitzen. Das Ausgangssignal eines idealen OPVs setzt sich folgendermaßen zusammen: Ep = Nichtinvertierender Eingang (+) En = Invertierender Eingang (-) V = Verstärkungsfaktor des OPVs A = Ausgangssignal A = (Ep - En) * V Selbst bei einem Verstärkungsfaktor von "nur" 1000, die meisten OPVs liegen einige dekaden darüber, sieht das bei dem Beispiel so aus: Ep = 3V En = 2V V = 1000 A = (3V - 2V) * 1000 A = 1V * 1000 A = 1kV Da ein realer OPV nur eine begrenzte Betriebsspannung hat, wird er ausgeben, was er kann. Also Betriebsspannung minus ein bischen. Ohne Zusatzbeschaltung schaltet der OPV sozusagen rein digital hin und her. Um zu ermitteln, welcher Eingang das höhere Potential hat reicht das, für Verstärkungszwecke braucht man eine Rückkopplung, um den Verstärkungsfaktor zu verringern. Als verstärker legt man daher einen Eingang auf ein festes potential und sorgt durch die Rückkopplung, dass der andere Eingang auf das selbe Potential geregelt wird. Dadurch erreicht man, dass allein die Widerstände den Verstärkungsfaktor bestimmen, und die - das ist das schöne daran - sind lineare Bauteile. So erhält man einen schönen, linearen Verstärker. Genaueres findest Du aber im Artikel. Gruß Elmar

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19.01.2004, 22:32

Danke euch für eure Antworten !!!

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20.01.2004, 03:28

Hallo, jetzt muß ich doch noch mal ne kleine sanfte Kritik anbringen ;). Und zwar stört mich folgender Satz aus dem Tutorial. 'Die Gleichtaktunterdrückung ist in dB angegeben und beschreibt das Verhältnis zwischen Eingangsspannungsänderungen und der Änderung der Offsetspannung.' Dazu mal ein gescanntes Bildchen als Beispiel für eine Offsetspannung. <img src="http://progshop.com/elektronik/diskussion/messages/10731/10791.jpg" alt="bild1"> Ohne Offsetabgleich ist am OPV-Ausgang eine Spannung von ca. Ua = -8 V zu messen, obwohl die Differenz-Eingansspannung Ud = 0V ist (siehe rotes X). Jetzt wird die Differenz-Eingangsspannung Ud um einige 10 µV erhöht, bis man am Ausgang Ua = 0 V misst. Dann ist genau die Spannung Uo gefunden (siehe blaues X), die zum Offsetabgleich an den Differenzeingang entgegenwirkend angelegt werden muss, um den Offset zu kompensieren. In der Praxis kann Uo bis einige mV (< 20 mV) groß sein. Durch den Offsetabgleich wird die Kennlinie horizontal verschoben bzw. korrigiert. Allerdings bewirken Temperaturänderungen, Betriebsspannungsschwankungen und Alterung ebenfalls (geringere) Verschiebungen der Kennlinie. Beispiel der Offsetspannung für einen sehr guten OPV: OPV: OP27 ungetrimmter Wert: 30 µV Temperaturkoeffizient: 0.2 µV je Kelvin Langzeitstabilität: 0.2 µV je Monat Jetzt zur Gleichtaktverstärkung Legt man an den + und - Eingang des OPVs dieselbe Spannung Ugl (also Ugl = Up = Un) bleibt die Differenzspannung-Eingangsspannung Ud = 0 V. Die Ausgangsspannung Ua müsste jetzt ebenfalls 0 V sein, denn es wird ja keine Spannungsdifferenz verstärkt (Ua = Ad * Ud) . Das ist bei realen OPVs jedoch nicht der Fall. Dazu ebenso ein Bild <img src="http://progshop.com/elektronik/diskussion/messages/10731/10792.jpg" alt="Bild2"> Die Kennlinie zeigt das Verhältnis von Gleichtaktspannung Ugl zur Ausgangsspannung Ua. Der Quotient aus beiden heißt Gleichtaktverstärkung Agl, wobei die Änderung der Spannungen in die Gleichung einfießen, da man ja den gesamten Aussteuerbereich erfassen möchte. Agl = delta Ua / delta Ugl Wie man sehen kann steigt bei größerer Gleichtaktspannung die Gleichtaktverstärkung steil an (der Knickpunkt bei Ugl = 13 V). Unterhalb dessen ist der Bereich guter Gleichtaktunterdrückung, in dem sich das Nutzsignal bewegen sollte (in der Regel 2 V kleiner als die Betriebsspannung). Wichtiger als die Gleichtaktverstärkung ist die Gleichtaktunterdrückung G. Sie gibt an, um wieviel mehr ein Differenzsignal gegenüber einem Gleichtaktsignal verstärkt wird. Etwas anders ausgedrückt gibt die Gleichtaktunterdrückung G an, um wieviel schwächer eine Gleichtaktspannung Ugl an den Eingängen auf die Ausgangsspannung Ua wirkt, als eine Differenzspannung Ud zwischen den Eingängen Up und Un. G = Ad / Agl (Ad ist die Schleifenverstärkung) In der Praxis beträgt die Gleichtaktunterdrückung G etwa 10^4 bis 10^5. Das Ganze wird auch oft logarithmiert angegeben als Gcmrr = 20 * log (Ad / Agl) (cmrr heißt common mode rejection ratio, common mode = Gleicher Takt) Beispiel: Beträgt die Differenzverstärkung eines OPVs 90 dB und seine Gleichtaktunterdrückung Gcmrr = 70 dB, so werden Gleichspannungen mit 20 dB, also dem Faktor 10 verstäkt. Liegen beide Eingänge z.B. auf 500 mV, kann am Ausgang eine Spannung von 5 V auftreten. Bei höheren Frequenzen sinkt die Gleichtaktunterdrückung ähnlich wie der Frequenzgang ab. Offsetspannung und Gleichtaktunterdrückung sind (u.A.) zwei den OPV bestimmende Größen, die aber getrennt betrachtet werden. Gruß Gerd PS: läßt sich im Tietze-Schenk bzw. in dem ein oder anderem Schaltungsskript nachlesen.