CaptnBalu schrieb:
> Ist das richtig dass die Spannungsversorgung Biphasisch aber asymetrisch
> ist? Warum?
Das CMRR eines Opamps kann dadurch bestimmt werden, dass an die beiden
Eingänge die Signale Up und Um mit konstanter Differenz Ud=Up-Um und
variabler Gleichtaktspannung Ug=(Up+Um)/2 angelegt werden. Bei perfekter
Gleichtaktunterdrückung sollte dabei das Ausgangssignal konstant
bleiben. Ist dies nicht der Fall, kann das CMRR aus der gemessenen
Änderung der Ausgangsspannung berechnet werden.
Genauso wird in Figure 3 vorgegangen. Die Beschaltung als Subtrahierer
dient dazu, Ud konstant und zugleich den Opamp in seinem linearen
Bereich zu halten. Da die Gleichtaktverstärkung der gesamten Schaltung
nicht nur vom CMRR des Opamp, sondern auch von der exakten
Übereinstimmung der Widerstandverhältnisse R2oben/R1oben und
R2unten/R1unten abhängt, ist dieses Verfahren nur mit sehr eng
tolerierten Widerständen sinnvoll nutzbar.
Die Schaltung in Figure 4 geht deswegen einen anderen Weg: Statt der
Gleichtaktspannung Ug an den Eingängen wird die Gleichtaktspannung an
den Versorgungsanschlüssen variiert und die Gleichtaktspannung an den
Eingängen auf etwa 0V gehalten. Da der Opamp keinen GND-Anschluss hat
und deswegen nichts von einem Massepotential wissen kann, spielt nur die
Änderung der Eingangssignale relativ zur Versorgungsspannung eine
Rolle.
Die Schalter S1 und S2 stehen entweder beide links (+5V und -25V) oder
beide rechts (+25V und -5V). Die Spannungsdifferenz beträgt in beiden
Fällen 30V, die Mitte zwischen den beiden Versorgungsanschlüssen liegt
aber im ersten Fall bei -10V, im zweiten bei +10V. Der Opamp fühlt sich
also genauso, als ob er symmetrisch mit ±15V versorgt und die
Eingangsspannung zwischen -10V und +10V hin und her springen würde.
Bei perfekter Gleichtaktunterdrückung würde das Ausgangssignal des Opamp
ebenfalls zwischen -10V und +10V hin und her springen. Ein möglicher
Offset addiert sich in gleicher Weise zu beiden Spannungswerten, d.h.
ihre Differenz bleibt konstant 20V. Bei einer Gleichtaktverstärkung
ungleich 0 ändert sich aber diese Differenz, und genau diese Änderung
wird genutzt, um das CMRR zu bestimmen.
Der rechte Opamp (A1) fungiert als Komparator (der Kondensator dient
lediglich dazu, ein Schwingen der Schaltung zu verhindern). Durch die
Gegenkopplung über den 10kΩ-Widerstand sorgt er dafür, dass die
Ausgangsspannung des linken Opamp (DUT) immer auf der Mitte zwischen den
Versorgungsspannungen (-10V bzw. +10V) gehalten wird. Bei CMRR=∞ muss er
nur ein paar konstante Offsets (die Eingangsoffsetspannungen beider
Opamps und die Ungleichheit der beiden 20kΩ-Widerstände) ausgleichen.
Dadurch ensteht am Ausgang von A1 eine von Null verschiedene
Gleichspannung. Hat das DUT aber nur ein endliches CMRR, geht der
Ausgleich je nach Schalterstellung mal in positive, mal in negative
Richtung.
Nimmt man beide Effekte zusammen, liefert A1 am Ausgang somit ein
Rechtecksignal mit Gleichanteil. Die Differenz ΔUa der beiden
Signalpegel (im Schaltplan mit ΔVout bezeichnet) ist ein Maß für das
CMRR des DUT.
Der genaue Zusammenhang (bei idealem A1) lautet:
Ad ist dabei die Differenzverstärkung des DUT, ΔUg die Änderung des
Gleichtaktanteils der Versorgungsspannung, im konkreten Fall also
+10V-(-10V)=20V. Für k<<1 (was in der Praxis immer zutriffen sollte)
gilt die Näherung
Für Ad·k>>1 (was aber nicht immer zutrifft) ist das Ergebnis unabhängig
von Ad
was dem in Figure 4 angegebenen Term entspricht.
Die letzte Näherung kann aber wegen der nicht erfüllten Bedingung
Ad·k>>1 stark von der Realität abweichen. Gerade bei kleinen CMMRs (für
die die Schaltung ja speziell angepriesen wird), sollte man eine der
beiden darüber stehenden Formeln verwenden. Man muss dazu eben das Ad
messen, was aber kein großes Problem darstellt.
