DE3405821A1 - Operationsverstaerker - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/34—DC amplifiers in which all stages are DC-coupled
- H03F3/343—DC amplifiers in which all stages are DC-coupled with semiconductor devices only
- H03F3/347—DC amplifiers in which all stages are DC-coupled with semiconductor devices only in integrated circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/45—Differential amplifiers
- H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
- H03F3/45479—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of common mode signal rejection
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Description
Die Erfindung betrifft einen Operationsverstärker (OV)
mit verringerter Offset-Spannung, insbesondere für elektronische Schaltungen, wo eine schnelle und präzise
Signalverstärkung erforderlich ist. Dazu gehören z.B. A/D- und D/A-Wandler, S/H-Verstärker sowie Meßinstrumente.
Der Operationsverstärker kann auch überall dort eingesetzt
werden, wo bisher schnelle oder präzise OV eingesetzt worden sind.
Die herkömmlichen schnellen OV sind sehr ungenau. Ihre Offset-Spannung und Eingangsströme können sehr hoch sein.
Ebenfalls sehr mangelhaft ist die Temperaturabhängigkeit der einzelnen Größen. Die Genauigkeit der kostspieligen
hybriden OV ist kaum besser. Die präzisen OV sind außergewöhnlich langsam und finden somit eine sehr spezifische
und eingeschränkte Anwendung. Die Offset-Spannung und ihre Temperaturabhängigkeit sind äußerst klein, Eingangsströme können vernachlässigt werden.
Fast immer kann die Offset-Spannung von einem OV extern durch Anwendung eines Potentiometers abgeglichen werden.
Es werden aber dadurch weder die Temperaturabweichung der Spannung noch die restlichen Größen verbessert. Die Langzeitstabilität
der gesamten Schaltung wird durch den Einsatz des mechanischen Bauteils verschlechtert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen OV
anzugeben, der die Vorteile eines schnellen und eines präzisen OV hat.
-Α
Ι Diese Aufgabe wird erl'i ndungsmäßi g dadurch gelöst, daß
eine Schaltung aus mindestens vier Widerständen und zwei OV aufgebaut wird. Nach einer praktischen Ausführunpsform
wird ein schneller OV eingesetzt. Es ist empfehlenswert, nicht aber erforderlich, einen präzisen OV ergänzend anzuwenden.
Die erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß
die Vorteile von den beiden Gruppen der OV in einem Gerät vereinigt sind, was bisher unmöglich war. Weiterhin eröffnen
sich die Möglichkeiten, die durch den Einsatz von
zwei OV entstehen. Dazu gehört insbesondere der Ausgleich der Eingangsströme und ihrer Temperaturabhängigkeit vom
schnellen Operationsverstärker.
In den meisten Fällen werden lediglich Verhältnisse der Werte von den einzelnen Widerständen erforderlich.
Der Aufbau des präzisen OV kann äußerst vereinfacht werden, da die Richtung seines Ausgangsstroms festgelegt werden
kann. Keine Gegentaktendstufe ist erforderlich.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt Fig. 1 dar.
Die Schaltung enthält zwei Operationsverstärker, jeweils einen präzisen A und einen schnellen B, und vier in Reihe
geschaltete Widerstände 1 bis 4 . Die äußeren Anschlüsse des Widerstandnetzwerkes bestimmen die Eingänge
der Schaltung vom so aufgebauten OV. Ihr Ausgang ist gleich dem Ausgang vom Operationsverstärker B. Es ist anzudeuten,
daß die Eingänge des OV B durch den Teil des Widerstandnetzwerkes überbrückt werden, mit dem alle
Anschlüsse (außer Stromversorgung) vom OV A verbunden sind. Der positive Eingang des OV B bestimmt mit dem
positiven Eingang der gesamten Schaltung überein.
3g Der Wert eines Widerstands kann gleich Null (Kurzschluß)
oder unbegrenzt sein (die Verbindung ist offen). Der
Widerstand 4 besteht aus einer parallelen Schaltung der Innenwiderstände von allen an den positiven Eingang des
OV A angeschlossenen Spannungsquellen. Sehr einfach kann
z.B. ein Addierer ausgeführt werden.
Fig. 2 stellt- eine Schaltung eines nicht-invertierenden
Verstärkers dar mit dem in Fig. 1 aufgeführten OV, dessen Ausgang und negativer Eingang kurzgeschlossen sind. Zusätzlich
erhält die Schaltung den Widerstand 5. Die Werte der Widerstände 1 bis 4 betragen jeweils R, bis R..
U, und U- bezeichnen jeweils die Ein- und Ausgangsspannung der gesamten Schaltung. Die Offset-Spannungen
von den OV A und B betragen jeweils Un- und UnR. Die
Offset-Spannung ist die Differenz zwischen den Spannungen an dem positiven und negativen Eingängen des OV im
normalen Betrieb.
Es werden ebenfalls die Eingangsströme IR, und I„., des
OV B berücksichtigt, jeweils die in den negativen und positiven Eingängen einfließenden Ströme des Operationsverstärkers
.
Um die Analyse der Schaltung zu vereinfachen, wird zuerst
angenommen, daß der Widerstand 5 einen unbegrenzten Wert hat.
Vorausgesetzt, R- R = R?R4' 9^-^ ^e folgende Gleichung:
U2 = Ul + U0A (1 + V1V + VbI.
Kann der Eingangsstrom I„, vernachlässigt werden, dann hat
die Abweichung der Ausgangsspannung vom Sollwort die Größe der Offset-Spannung des OV A und hängt/von der Offset-Spannung
des OV B ab.
Der Einsatz des OV B mit einem bedeutenden Eingangsstrom T0, kann auch von Vorteil sein. Gilt die folgende Beziehung:
ti L
1Bl = "U0A (1/R3 - 1/IV'
dann sind die Ein- und Ausgangsspannung des Verstärkers
-δ-Ι gleich. Die UOA kann einen höheren Wert aufweisen, ihre
Polarität muß aber bestimmt sein. Die Temperaturabweichungen von I , und UnA müssen beachtet werden.
Der Eingangsstrom der gesamten Schaltung kann ebenfalls
reduziert werden. Gilt folgende Gleichung:
R1TB2 = -U0A - U0B'
dann ist er gleich Null.
Ähnlich kann die Schaltung analysiert werden, wenn der Widerstand 5 einen begrenzten Wert hat und der OV A ebenfalls
die Eingangsströme aufweist. In jedem Fall kann die Offset-Spannung der gesamten Schaltung gegenüber der
herkömmlichen U„ vermindert werden.
Die Reduzierung der Eingangsströme des OV kann manchmal
unausreichend sein. In diesem Fall kann eine Vorstufe mit geringer Offset-Spannung verwendet werden.
Das hat den zusätzlichen Vorteil, daß die Widerstände 1 bis 4 völlig unabhängig von der äußeren Schaltungsausbildung gewählt werden können.
Als Vorstufe können im einfachsten Fall zwei Transistoren als Spannungsfolger eingesetzt werden. Eine andere Lösung
bietet ein Differenzverstärker, dessen Ausgänge an die
Eingänge des OV angeschlossen sind. Ähnlich können zwei unabhängige OV als Spannungsfolger eingesetzt werden.
Der Einsatz eines präzisen und somit langsamen OV A kann dazu führen, daß seine Ausgangsspannung den möglicherweise
schnellen Änderungen des Eingangssignals nicht folgen kann. Das hat allerdings keine Bedeutung, wenn
das Signal periodisch ist und die Eingänge des OV A durch ein RC Glied, insbesondere einen entsprechend
großen Kondensator, überbrückt sind.
Im anderen Frill muß cine Maßnahme vorgenommen werden,
die in Bezug auf eine geringe Stromaufnahme und minimale
erforderliche Versorgungsspannung eines typischen präzisen OV eine sehr einfache Lösung findet. Einer der Stromversorgungsanschlüsse
des OV kann nach der U, oder U0 bestimmt
werden und z.B. über einen FET mit dem Eingang oder direkt mit dem Ausgang der Schaltung verbunden sein. Ist
die Ausgangsstufe des OV A als offener Kollektor ausgeführt,
dann kann der andere Stromversorgungsanschluß direkt mit einer Gleichspannungsquelle verbunden sein.
Sonst muß dazwischen eine Stromquelle liegen rnd an die
Stromversorgungsanschlüsse des OV eine Zener-Diode angeschlossen sein.
Die einzelnen Widerstände können eiuch um steuerbare
Transistoren, insbesondere FETs, erweitert werden. Die Werte von solchen Größen, wie z.B. Stromaufnahme,
Eingangsströme, Bandbreite,können dann programmiert werden.
Ein Einsatz von Widerständen mit thermischen Eigenschaften
kann zur Reduzierung der thermischen Abhängigkeit, insbesondere
der Offset-Spannung und der Eingangsströme,
beitragen. Ebenfalls nützlich kann ein Anschluß eines Widerstands parallel zu den Eingängen des OV B sein.
Die frequenzabhängigen Störungen, wie z.B. Abfall der
Verstärkung der OV, die Streukapazitäten etc. können, wie üblich, durch den Einsatz von Impedanzen, insbesondere
RC Glieder, anstatt der Widerstände, verringert werden.
Vom OV A aus gesehen, ist die Auswahl der Polarität der Eingänge dos OV B gleichgültig. Sie können vertauscht
werden. Dann wird aber auch die Polarität der gesamten Schaltung des OV verändert.
- Leerseite -
Claims (9)
- PATENTANSPRÜCHE20? Operationsverstärker (OV) mit verringerter Offset-Spannung, dadurch gekennzeichnet, daß seine Schaltung aus zwei OV, A und B, und vier in Reihe geschalteten Widerständen besteht,daß der positive Eingang der Schaltung vom positiven Eingang des OV B und dem freien Anschluß eines äußeren Widerstandes bestimmt wird und über den Widerstand mit dem negativen Eingang des OV A verbunden ist, daß der negative Eingang der Schaltung vom freien Anschluß des zweiten äußeren Widerstandes, der aus einer parallelen Schaltung der Innerewiderstrinde von allen an den Eingang angeschlossenen Spannungsquellen besteht, bestimmt wird und über den Widerstand mit dpm positiven Eingang des OV A und dem negativen Eingang des OV B verbunden ist, und daß der Ausgang des OV A an den gemeinsamen Anschlußpunkt der inneren Widerstände des Widerstandnetzwerks angeschlossen ist und der Ausgang des OV B den Ausgang Hör ppsamtpn Srhnit.imp bestimmt.D-SOOO MOndMti 2 Isartorplatz 6POB 26 02 47 D-8000 München 26Kabel: Telefon Telecopier Infotec Θ400 B TelexMuebopat 089/221483-7 GII+ IH (089)229643 5-242BS
- 2. Operationsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Spannungsfolger als Vorstufe, an die Eingänge der Schaltung angeschlossen werden.
- 3. Operationsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Differenzverstärker, dessen Ausgänge an die Eingänge der Schaltung angeschlossen werden, als Vorstufe eingesetzt wird.
- 4. Operationsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Eingänge des Operationsverstärkers A ein RC Glied angeschlossen ist.
- 5. Operationsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Eingänge des OV B ein Widerstand angeschlossen ist.
- 6. Operationsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Widerstand thermische Eigenschaften aufweist.
- 7. Operationsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Widerstand um einen steuerbaren Transistor erweitert ist, wodurch der gesamte Widerstand steuerbar wird.
- 8. Operationsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Versorgungsspannung des OV A nach der Ein- oder Ausgangsspannung der Schaltung bestimmt wird.
- 9. Operationsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge des OV B zur Polaritätsveränderung der Eingänge der Schaltung vertauschbar sind.
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
DE19843405821 DE3405821A1 (de) | 1984-02-17 | 1984-02-17 | Operationsverstaerker |
US06/701,640 US4634996A (en) | 1984-02-17 | 1985-02-14 | Operational amplifier |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE3405821A1 true DE3405821A1 (de) | 1985-08-22 |
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ID=6228081
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
DE19843405821 Withdrawn DE3405821A1 (de) | 1984-02-17 | 1984-02-17 | Operationsverstaerker |
Country Status (2)
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---|---|
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DE (1) | DE3405821A1 (de) |
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- 1984-02-17 DE DE19843405821 patent/DE3405821A1/de not_active Withdrawn
-
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- 1985-02-14 US US06/701,640 patent/US4634996A/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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