Frage zum Differenzverstärker

[Stefan Wigger (Gast)]

Hallo, kann ein Differenzverstärker die Differenz zweier Spannungen 
messen, die größer sind als seine Versorgungsspannung, wenn die 
Differenz der Spannungen jedoch sicher innerhalb der Betriebsspannung 
liegt?

Beispiel: Versorgungsspannung +/- 5V
          Spannung an Eingang1 +8V
          Spannung an Eingang2 +6V

Ist die Differenz (=2V) dann Messbar?

[Johannes M. (johnny-m)]

Nein. Die Spannungen an den Eingängen müssen im durch die 
Versorgungsspannung spezifizierten Bereich liegen.

[Stefan Wigger (Gast)]

Danke!

[Johannes M. (johnny-m)]

Es hilft für die Vorstellung manchmal, wenn man sich vor Augen führt, 
was ein Verstärker im Allgemeinen und ein Differenzverstärker im 
speziellen eigentlich macht.

Ein Operationsverstärker verstärkt die Differenz zwischen seinen 
Eingängen idealerweise mit einem Verstärkungsfaktor "unendlich", d.h. 
die geringste Differenzspannung zwischen den Eingängen sorgt dafür, dass 
der Ausgang in die entsprechende (pos. oder neg.) Sättigung geht 
(Komparatorbetrieb). Im realen Verstärker ist die Verstärkung zwar nicht 
unendlich, aber immer noch sehr groß.

Für eine Anwendung als Verstärker baut man eine Rückführung ein, die 
dafür sorgt, dass der Ausgang die Differenz der Eingänge kompensiert, 
damit sich ein stabiler Arbeitspunkt einstellt. D.h. der Ausgang wird 
über einen Spannungsteiler auf einen Eingang zurückgeführt (Je nachdem, 
ob ein invertierender oder nichtinvertierender Verstärker gefordert ist, 
entweder auf den invertierenden oder auf den nichtinvertierenden 
Eingang). Das Teilerverhältnis bestimmt die resultierende Verstärkung.

Dabei wird klar, dass am betreffenden Eingang immer nur ein Teil der 
Ausgangsspannung zur Kompensation zur Verfügung steht. Liegt an einem 
der Eingänge eine Spannung an, die außerhalb des 
Versorgungsspannungsbereiches liegt, dann kann der Ausgang (der ja auch 
nur Werte innerhalb des Versorgungsspannungsintervalls annehmen kann) 
die Differenz nicht mehr kompensieren und der Verstärker-Ausgang geht in 
die entsprechende Sättigung.

[Helmi (Gast)]

Wenn du Spannung über der Versorgungsspannung messen willst muss du den 
Op so beschalten. Die Gesammtverstärkung der Schaltung beträgt 1 .
Die Maximale Eingangsspannung gegen GND beträgt :

UMax = Ub  * (10K + 56K) / 10K = 33V

Wenn du andere Bereich brauchst muss du die Widerstandsverhältnisse 
dementsprechend ändern.

Gruss Helmi

[Uwe B. (Firma: TU Darmstadt) (uwebonnes)]

Stefan: Doch es geht.

Ein Differenzverstaerker hat ja Widerstaende an den Eingangen. Ergeben 
sich dann an den Eingaengen des OPs im Differenzverstaerker passend 
kleine Spannungen und sind die Widerstaende spannungsfest, dann geht es. 
INA117 ist ein extremes Beispiel.

[Johannes M. (johnny-m)]

Uwe Bonnes wrote:
> Ein Differenzverstaerker hat ja Widerstaende an den Eingangen. Ergeben
> sich dann an den Eingaengen des OPs im Differenzverstaerker passend
> kleine Spannungen und sind die Widerstaende spannungsfest, dann geht es.
> INA117 ist ein extremes Beispiel.
Der INA117 enthält aber auch schon eine Spannungsteiler-Schaltung zur 
Gleichtaktunterdrückung, und das entspricht im Großen und Ganzen der von 
Helmi vorgeschlagenen Schaltung. Nachteil der Sache ist die geringere 
Eingangsimpedanz im Vergleich zum einfachen Differenzverstärker. Wenn 
das keine Rolle spielt, dann kann man das so machen.

Klar, wenn man die Gleichtaktkomponente unterdrückt, dann geht es. Ich 
war oben vom "klassischen" Differenzverstärker ausgegangen, und bei dem 
geht es so direkt nicht.

[Uwe B. (Firma: TU Darmstadt) (uwebonnes)]

Johannes: Der INA117 und Konsorten ist ein "klassischer" 
Differenzverstaerker!   Ein Differenzverstaerker ist ein OP, mit den 
genau abgeglichenen Widerstaenden als Spannungsteiler. Du denkst wohl an 
den Instrumentenverstaerker, der (in einen einfachen Fall) nochmals 
Impedanzwandler vor den Eingaengen des Differenzverstaerkers hat.

Und sind nicht Differenzverstaerker und Instrumentenverstaerker dazu da, 
die Gleichtaktkomponente zu unterdruecken?

[Johannes M. (johnny-m)]

Uwe Bonnes wrote:
> Johannes: Der INA117 und Konsorten ist ein "klassischer"
> Differenzverstaerker!   Ein Differenzverstaerker ist ein OP, mit den
> genau abgeglichenen Widerstaenden als Spannungsteiler. Du denkst wohl an
> den Instrumentenverstaerker, der (in einen einfachen Fall) nochmals
> Impedanzwandler vor den Eingaengen des Differenzverstaerkers hat.
>
> Und sind nicht Differenzverstaerker und Instrumentenverstaerker dazu da,
> die Gleichtaktkomponente zu unterdruecken?
Richtig. Aber einen Differenzverstärker kann man auch mit einem 
"normalen" OPV aufbauen (eben die "klassische" einfache Grundschaltung), 
und ohne die zusätzliche Gleichtaktunterdrückung geht der eben nicht 
über die Versorgungsspannung hinaus. Und das war der Punkt, auf den ich 
mich "eingeschossen" hatte. Sorry...

[Jörg R. (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)]

@Johannes M.:

> Richtig. Aber einen Differenzverstärker kann man auch mit einem
> "normalen" OPV aufbauen (eben die "klassische" einfache Grundschaltung),
> und ohne die zusätzliche Gleichtaktunterdrückung geht der eben nicht
> über die Versorgungsspannung hinaus. Und das war der Punkt, auf den ich
> mich "eingeschossen" hatte. Sorry...

Was meinst Du mit zusätzlicher Gleichtaktunterdrückung ? Die ganz 
einfache Grundschaltung mit V=1 erlaubt bereits Eingangsspannungen bis 
zu 2*Ub am (+)-Eingang und 3*Ub am (-)-Eingang, bei geringerer 
Verstärkung sogar ein beliebiges Vielfaches davon. Bei V < 1 kann auch 
die Eingangsspannungsdifferenz beliebig größer sein als Ub.

Jörg