www.mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Fehler durch endliche Gleichtaktunterdrückung beim Differenzverstärker


Autor: Max Meyer (-sensor-)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

wie man Fehler durch die Gleichtaktunterdrückung bei einer 
nichtinvertierenden Verstärkerschaltung ausrechnet steht ja z.B. im 
Tietze/Schenk. Bei einem Differenzverstärker gibt es aber auch eine 
Gleichtaktspannung die einen Fehler verursacht.

Wie berechne ich denn bei einem Differenzverstärker diesen Fehler? Ich 
habe hierzu eine "Testschaltung" gefunden:
http://books.google.com/books?id=dunqt1rt4sAC&pg=P...

Wie komme ich denn auf die Verstärkung von (1 + R2/R1)?

Kennt ihr Literatur zu diesem Thema?

Vielen Dank für eure Hilfe!

Autor: Arno H. (arno_h)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Seite funktioniert nicht zufriedenstellend, aber du kannst das 
komplette Buch bei AD downloaden:
http://www.analog.com/library/analogDialogue/archi...

Weitere gute Literatur von Walt Jung findest du unter
http://www.waltjung.org/index.html

Arno

Autor: Kai Klaas (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Max,

>Wie berechne ich denn bei einem Differenzverstärker diesen Fehler? Ich
>habe hierzu eine "Testschaltung" gefunden:
>http://books.google.com/books?id=dunqt1rt4sAC&...

>Wie komme ich denn auf die Verstärkung von (1 + R2/R1)?

Die meisten Fehler von OPamps werden auf den Eingang des OPamp zurück 
gerechnet. Die endliche Gleichtaktunterdrückung macht sich also 
bemerkbar wie eine Offsetspannung, die zwischen den Eingängen des OPamp 
entsteht. Diese erscheint dann mit dem Faktor (1 + R2/R1) verstärkt am 
Ausgang.

Kai Klaas

Autor: Max Meyer (-sensor-)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

vielen Dank für den Tipp, das Buch ist echt super. Eine Frage hätte ich 
aber noch:
Ist die Gleichtaktspannung beim Differenzverstärker auch Vcm = (V- + 
V+)/2? Mit V- und V+ als Spannungen am 
invertierenden/nichtinvertierenden Eingang.
Hier:
http://books.google.com/books?id=dunqt1rt4sAC&lpg=...
Sieht es eher so aus als wäre Vcm die Spannung die bei beiden Signalen 
"gleich" ist, also z.B. für V1=5 Volt und V2=1Volt mit V1,V2 = 
Spannungen am Eingang der Schaltung => Vcm=1 Volt.

Max

Autor: ah (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Gleichtaktunterdrueckung ist was anderes. Sie besagt die Abhaengigkeit 
der Ausgangspannung von der Spannung an den beiden Eingaengen. Im 
gegengekoppelten Betrieb sind beide Eingangsspannungen gleich. Daher 
kann man von der Eingangsspannung reden. Wenn man nun diese Spannung 
aendert, so sollte sich die Ausgangsspannung auch aendern. Und der 
Gleichtaktfehler ist der Fehler, der dabei auftritt. Die 
Gleichtaktunterdrueckung ist die Frequenzabhaengigkeit dieses Fehlers. 
Sie ist idealerweise sehr hoch, gegen Unendlich, der Fehler ist 
idealerweise sehr klein, gegen Null.

Autor: Max Meyer (-sensor-)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Eigentlich möchte ich das ausrechen was in der Abbildung im Anhang 
rechts als "Common Mode error(RTI)" bezeichnet wird.
Was mir nicht klar ist, ist welche Spannung denn Vcm bei einem 
Differenzverstärker ist.
Laut der Abbildung links wäre das ja wirklich die Spannung die beiden 
Eingangssignalen gemeinsam ist.
Das wiederspricht aber der Definition der Gleichtaktspannung die man in 
vielen Büchern findet und die ich oben genannt habe. Oder mache ich hier 
einen Denkfeher?!

Autor: Kai Klaas (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Max,

>Oder mache ich hier einen Denkfeher?!

Dein Denkfehler ist, daß du nicht unterscheidest zwischen dem Verhalten 
eines OPamp und einer OPampschaltung. Die Gleichtaktspannung, die du am 
Eingang einer Differenzverstärkerschaltung hast, ist nicht die selbe, 
die du an den OPamp-Eingängen hast.

Kai Klaas

Autor: KlaRa (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Max,

>>Wie komme ich denn auf die Verstärkung von (1 + R2/R1)?
Eine Ableitung findest Du natürlich auch im Tietze/Schenk.

Gruss Klaus.

Autor: Max Meyer (-sensor-)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,
> Dein Denkfehler ist, daß du nicht unterscheidest zwischen dem Verhalten
> eines OPamp und einer OPampschaltung.

Danke, da hast du natürlich Recht...
Wenn ich jetzt eine OPampschaltung wie die links habe mit Vcm = 1V
dann würde Vcm am Ausgang einen Fehler von 1V/CMRR * (1+Rf/Rg) 
verursachen oder?
Andererseits ist im  Tietze/Schenk ein Beispiel für eine 
nichtinvertierende Schaltung mit folgenden Daten gegeben:
Eingangsspannung Ue = 1V
Verstärkung 10 => Ua = 10V
Differenzverstärkung Ad = 10^5
Gleichtaktunterdrückug G = 3*10^4

Hier ist dann Ugl/G = 10V/3*10^4 = 330µV und der Fehler am Ausgang ist 
10 * 300µV.
Wieso wird hier Ugl = 10V gesetzt?

Autor: Kai Klaas (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Max,

>Wenn ich jetzt eine OPampschaltung wie die links habe mit Vcm = 1V
>dann würde Vcm am Ausgang einen Fehler von 1V/CMRR * (1+Rf/Rg)
>verursachen oder?

Nein, nicht direkt, da Vcm ja durch den Spannungsteiler Rf,Rg 
heruntergeteilt wird.

Den größten Fehler verursachen hier die Toleranzen der Widerstände und 
bei höheren Frequenzen undefinierte Streukapazitäten, die die 
angestrebte Symmetrie stören. Diese dominieren hier die Qualität der 
CMRR, obwohl der OPamp eventuell erheblich mehr leisten könnte.

>Andererseits ist im  Tietze/Schenk* ein Beispiel für eine
>nichtinvertierende Schaltung mit folgenden Daten gegeben:
>Eingangsspannung Ue = 1V
>Verstärkung 10 => Ua = 10V
>Differenzverstärkung Ad = 10^5
>Gleichtaktunterdrückug G = 3*10^4

>Hier ist dann Ugl/G = 10V/3*10^4 = 330µV und der Fehler am Ausgang ist
>10 * 300µV.
>Wieso wird hier Ugl = 10V gesetzt?

Das kann nur ein Druckfehler sein!

Kai Klaas

Autor: Max Meyer (-sensor-)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Kai,


> Den größten Fehler verursachen hier die Toleranzen der Widerstände und
> bei höheren Frequenzen undefinierte Streukapazitäten, die die
> angestrebte Symmetrie stören.
Ich weis das es in dieser Schaltung viel größere Fehlerquellen gibt. Ich 
würde es nur gerne richtig  verstehen.


>>Wenn ich jetzt eine OPampschaltung wie die links habe mit Vcm = 1V
>>dann würde Vcm am Ausgang einen Fehler von 1V/CMRR * (1+Rf/Rg)
>>verursachen oder?
>
> Nein, nicht direkt, da Vcm ja durch den Spannungsteiler Rf,Rg
> heruntergeteilt wird.
>
Okay, dann ist ja V+ = Vcm [Rf/(Rf+Rg)] und somit auch V- = Vcm 
[Rf/(Rf+Rg)] (mit dem Vcm aus dem linken Bild).
Dann wäre die Gleichtaktspannung Ugl am Eingang des OPamps ja Ugl = (V+ 
+ V-)/2 = Vcm [Rf/(Rf+Rg)].
Und am Ausgang hätte man Ugl/CMRR * (1+Rf/Rg).
Passt das jetzt so?

>>Wieso wird hier Ugl = 10V gesetzt?
>
> Das kann nur ein Druckfehler sein!
Ja, war es auch. Dank google books konnte ich die Seite in einer neueren 
Auflage anschauen, da war der Fehler verbessert. Gemein...

Autor: Kai Klaas (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Max,

>Okay, dann ist ja V+ = Vcm [Rf/(Rf+Rg)] und somit auch V- = Vcm
>[Rf/(Rf+Rg)] (mit dem Vcm aus dem linken Bild).

Das ist richtig.

>Dann wäre die Gleichtaktspannung Ugl am Eingang des OPamps ja Ugl = (V+
>+ V-)/2 = Vcm [Rf/(Rf+Rg)].

Durch die Wirkung der Gegenkopplung ist V- immer gleich V+, sodaß 
hieraus bereits folgt, daß Ugl = Vcm [Rf/(Rf+Rg)] ist. Das Vgl = (V+ + 
V-)/2 ist, gilt trivialerweise, da nämlich Vgl = (V+ + V-)/2 = 2 x V+ / 
2 = V+ = Vcm [Rf/(Rf+Rg)] ist.

>Und am Ausgang hätte man Ugl/CMRR * (1+Rf/Rg).
>Passt das jetzt so?

Korrekt!

Kai Klaas

Autor: Max Meyer (-sensor-)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

nochmals vielen Dank für die bisherigen hilfreichen Antworten.

In Op-Amp Applications steht hier:
http://books.google.com/books?id=dunqt1rt4sAC&pg=R...

"A single resistor network with a net matching tolerance of Kr would 
probably be used for this circuit [...]"

Bei vishay habe ich ein passendes Netzwerk mit 100k/1K Widerständen 
gefunden:
http://www.vishay.com/docs/60005/60005.pdf

Im Datenblatt findet man:

Tolerance Absolute: 0.1%
Tolerance Ratio: 0.05%

Absolut ist dann die Toleranz des absoluten Wertes oder?
Was ist tolerance ratio?

Welche Toleranz meint Jung denn mit "net matching tolerance"?

Autor: mhh (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>Tolerance Absolute: 0.1%
>Tolerance Ratio: 0.05%

1. vom Nennwert
2. untereinander (zwischen den 4 Widerständen)

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die 1k und 100k Widerstaende sind 0.1% genau. Deren Verhaeltnis stimmt 
auf 0.05%

Autor: Max Meyer (-sensor-)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wie sind denn die Fehler von den Widerständen mit gleichem Wert also 
z.B. beider 100k Widerstände untereinander?
Vorher habe ich gesehen: Kr = Total fractional mismatch R1/R2 to 
R1'/R2'. Welche Aussagen kann ich denn hierüber in einem 
Widerstandsnetzwerk treffen?

Autor: Helmut S. (helmuts)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Max Meyer schrieb:
> Wie sind denn die Fehler von den Widerständen mit gleichem Wert also
> z.B. beider 100k Widerstände untereinander?
> Vorher habe ich gesehen: Kr = Total fractional mismatch R1/R2 to
> R1'/R2'. Welche Aussagen kann ich denn hierüber in einem
> Widerstandsnetzwerk treffen?

Tolerance Absolute: 0.1%
Tolerance Ratio: 0.05%

Die Widerstände in dem einen Netzwerk können +/-0,1% Fehler haben.
Untereinander haben die Widerstände die in einem Arary sind nur +/-0,05% 
Toleranz.


Bei einem billigen Widerstandsarray mit z.B. 8x10kOhm gibt es meistens 
nur eine Angabe, z. B. +/-5% Toleranz. Da kann man dann nicht davon 
ausgehen, dass die 8 Widerstände untereinander weniger Toleranz haben.

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.