DE69010916T2

DE69010916T2 - Differenzverstärker mit eingangsdämpfungsglied.

Info

Publication number: DE69010916T2
Application number: DE69010916T
Authority: DE
Inventors: Barrie Gilbert
Original assignee: Analog Devices Inc
Current assignee: Analog Devices Inc
Priority date: 1989-11-20
Filing date: 1990-11-20
Publication date: 1995-03-02
Anticipated expiration: 2010-11-21
Also published as: JPH05502146A; WO1991007816A1; EP0502056B1; DE69010916D1; EP0502056A1; US5043675A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Differenzverstärker. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Differenzverstärkervorrichtung mit Operationsverstärkern, welche durch einpolige Spannungsversorgungen betrieben werden, wobei die Differenzverstärkervorrichtung selbst dann eine verringerte Gleichtaktempfindlichkeit aufweist, wenn das an den Eingang des Differenzsignalverstärkers gelegte Gleichtaktsignal viel größer ist als das an den Eingang des Differenzverstärkers gelegte Differenzsignal und viel größer als die Versorgungsspannung des Verstärkers.
Differenzverstärker sind zur Messung der Differenz zwischen zwei an den jeweiligen Eingängen des Differenzverstärkers anliegenden Spannungen und zur Generierung einer zu den Eingangsspannungen proportionalen Ausgangsspannung konzipiert. Das Eingangssignal, welches die Differenz zwischen den beiden an die jeweiligen Eingänge des Differenzverstärkers gelegten Spannung repräsentiert, wird als Differenzsignal bezeichnet. Obwohl ein idealer Differenzverstärker auf das Differenzsignal anspricht, zeigt er selbst dann keine Reaktion bei gleicher Spannung an den entsprechenden Eingängen, wenn diese Spannung relativ hoch ist. Das heißt, ein Differenzverstärker sollte nicht ansprechen, wenn zwischen den Eingangsspannungen keine Differenz besteht. Ein an den Eingang des Differenzverstärkers bei zwei gleich großen Spannungen an den jeweiligen Eingängen des Differenzverstärkers gelegtes Signal wird als Gleichtaktsignal bezeichnet.
Ein bekannter Differenzverstärker ist in dem Artikel von G. Harm, "Überträgt Wandlersignale Linear" (sic), ELEKTROTECHNIK, Bd. 65, Nr. 10, Mai 1983, S. 22-23, beschrieben.
Eine dem Stand der Technik entsprechende Implementierung eines Differenzverstärkers ist in der Fig. 1 dargestellt. Es wird ein Operationsverstärker 12 verwendet, welcher für die meisten praktischen Zwecke eine im wesentlichen unendliche Leerlaufverstärkung aufweist. Der im folgenden verwendete Begriff "Operationsverstärker" bezieht sich stets auf einen Verstärker dieses Typs mit unendlicher Leerlaufverstärkung. Der hinsichtlich der Wahl von Komponenten für die in der Fig. 1 dargestellte Schaltung wichtigste Fall ist der Fall, in dem das Verhältnis von mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 12 gekoppelten Widerständen 28 und 30 identisch mit dem Verhältnis von mit dem invertierenden Eingang gekoppelten Widerständen 24 und 26 ist. In diesem Fall entspricht die Spannung am Ausgang des Differenzverstärkers dem Verhältnis des Widerstandswertes des Widerstands 26 zum Widerstandswert des Widerstands 24, multipliziert mit der Differenz der Eingangs Spannungen.
Ein Problem bei Implementierungen von dem Stand der Technik entsprechenden Differenzverstärkern, wie in der Fig. 1 dargestellt, ergibt sich, wenn an die Eingangsanschlüsse eine hohe Gleichtaktspannung gelegt wird. Aufgrund der Leistungsbegrenzungen der im Operationsverstärker verwendeten Komponenten kann der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers auf eine Spannung jenseits ihres zulässigen Gleichtakt-Arbeitsbereichs (entweder positiv oder negativ, je nach Ausführung des betreffenden Verstärkers) getrieben werden. Bei Spannungen, die den Gleichtakt-Arbeitsbereich des Verstärkers überschreiten, hört der Differenzverstärker auf, einwandfrei zu funktionieren. Es kann eine "Übersteuerungs"- bzw. "Streu"-Spannung generiert werden, welche durch die mit dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers verbundenen Gegenkopplungswiderstände geführt wird und am Ausgang des Differenzverstärkers erscheint. Diese Ubersteuerungs- bzw. Streuspannung wird in einem Fehler des Ansprechverhaltens auf die Differenz Signale zwischen den Eingangsanschlüssen sowie in einer nachteiligen Beeinflussung anderer Schaltungen, welche evtl. mit dem Ausgang des Differenzverstärkers gekoppelt sind, resultieren.
Ein weiteres Problem mit dem in der Fig. 1 dargestellten Differenzverstärker ergibt sich, wenn der Operationsverstärker von einer einpoligen Spannungsversorgung gespeist wird. In diesem Fall kann der Ausgang des Differenzverstärkers nicht auf eine Spannung entgegengesetzter Polarität getrieben werden, und in der Tat kann in der Praxis aufgrund der Beschränkungen der Komponenten innerhalb des Operationsverstärkers der Ausgang des Verstärkers nicht vollständig nach Masse (oder Null-)-Spannung getrieben werden. Da der Ausgang des Differenzverstärkers nicht auf negativ getrieben werden kann, wenn eine Spannungsversorgung mit positiver Polarität verwendet wird, bedeutet dies, daß der Differenzverstärker eine Änderung der Differenz zwischen den an den nichtinvertierenden und den invertierenden Eingang gelegten Spannungen nicht wiedergeben kann, wenn die an den invertierenden Eingang gelegte Spannung höher und stärker negativ wird als die an den nichtinvertierenden Eingang gelegte Spannung.
Ein drittes Problem bei der dem Stand der Technik entsprechenden Implementierung eines Differenzverstärkers entsteht, wenn die an die beiden Eingänge des Differenzverstärkers gelegte Gleichtaktspannung keine Gleichspannung ist, sondern eine Spannung mit einem erheblichen Anteil an hochfrequenter Energie. Eine Hochfrequenz-Gleichtaktspannung kann das gewünschte Ansprechverhalten des Differenzverstärkers gegenüber dem Differenzsignal stören.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Differenzverstärkervorrichtung mit einem geringeren Einfluß auf den Ausgang des Differenzverstärkers aufgrund eines Gleichtaktsignals, welches viel größer ist die interessierende Differenzspannung.
Die Differenzverstärkervorrichtung entsprechend der Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.
Die die Erfindung verwirklichende Differenzverstärkervorrichtung verwendet ein trimmbares Dämpfungsnetzwerk.
Die Vorrichtung enthält einen Operationsverstärker mit invertierenden und nichtinvertierenden Eingängen und einem Ausgang, der sich in Abhängigkeit von der Spannung an den invertierenden und nichtinvertierenden Eingängen verhält. Das Dämpfungsnetzwerk ist mit dem Operationsverstärker gekoppelt. Das Dämpfungsnetzwerk enthält eine Schaltung zur Reduzierung einer an den Eingang des Dämpfungsnetzwerkes gelegten Gleichtaktspannung eines ersten Wertes auf eine Gleichtaktspannung, die einem Bruchteil des ersten Wertes an den Ausgangsanschlüssen des Dämpfungsnetzwerkes entspricht, wobei diese Spannung dann an die Eingänge des Operationsverstärkers übertragen wird. Das Dämpfungsnetzwerk enthält eine zusätzliche Schaltung zur Reduzierung einer Gleichtaktstreu- bzw. Übersteuerungsspannung eines zweiten Wertes an den Eingängen des Dämpfungsnetzwerkes auf eine Gleichtaktstreuspannung am Ausgang des Operationsverstärkers, welche einem Bruchteil des zweiten Wertes entspricht.
Die die Erfindung verwirklichende Differenzverstärkervorrichtung wird von einer einpoligen Spannungsversorgung betrieben und kann auf bipolare Eingangsspannungen ansprechen. Die Vorrichtung ist in der Lage, Gleichtaktspannungen zu unterdrücken, welche höher sind als die Versorgungsspannung. Durch die Verwendung einer Kombination aus positiver und negativer Gegenkopplung können verschiedene Verstärkungsfaktoren bereitgestellt werden. Es können Filterungseinrichtungen zur Minimierung von Fehlern aufgrund hochfrequenter an den Eingängen liegender Signale enthalten sein. Die Differenzverstärkervorrichtung kann durch die Anwendung monolithischer integrierter Schaltungstechnologie hergestellt werden und ist zuverlässig, preisgünstig und einfach herzustellen.
Nunmehr sei auf die beiliegenden Zeichnungen verwiesen, welche zeigen: -
Fig. 1 ein Schaltschema einer dem Stand der Technik entsprechenden Implementierung eines Differenzverstärkers;
Fig. 2 ein Blockdiagramm einer die vorliegende Erfindung verwirklichenden Differenzverstärkervorrichtung;
Fig. 3 ein Schaltschema einer beispielhaften Schaltung, welche zur Ausführung der Funktionen des in der Fig. 2 dargestellten Dämpfungsnetzwerkes verwendet werden kann;
Fig. 4 ein Schaltschema einer beispielhaften Schaltung, welche zur Ausführung der Funktionen des in der Fig. 2 dargestellten Vorverstärkers verwendet werden kann; und
Fig. 5 ein Schaltschema einer beispielhaften Schaltung, welche zur Ausführung der Funktionen des in der Fig. 2 dargestellten Pufferverstärkers verwendet werden kann.
Nur zu Erläuterungszwecken und nicht zur Einschränkung der Allgemeingültigkeit wird die vorliegende Erfindung nunmehr unter Bezugnahme auf ihre Anwendung in einer speziellen integrierten Differenzverstärkerschaltung beschrieben. Ein Fachmann wird bestätigen, daß die Merkmale und Funktionen der Erfindung für andere Typen integrierter Schaltungen sowie für Differenzverstärkerschaltungen, welche aus diskreten Komponenten aufgebaut sind, nützlich sind.
Nunmehr sei auf die Fig. 1 verwiesen, welche eine typische Ausführungsform eines dem Stand der Technik entsprechenden Differenzverstärkers darstellt. Ein Differenzverstärker 10 enthält einen Operationsverstärker 12 mit sehr hohem Verstärkungsfaktor, welcher einen invertierenden Eingang 14, einen nichtinvertierenden Eingang 16 und einen Ausgangsanschluß 18 aufweist. Der Verstärker 12 wird von einer Spannungsversorgung (nicht dargestellt) gespeist, welche eine Spannung mit nur einer Polarität bereitstellt. Zum Zwecke dieser Erläuterung ist die Polarität als positiv gewählt. Deshalb ist ein Versorgungsspannungsanschluß 20 mit der positiven Ausgangsspannung der Spannungsversorgung verbunden. Ein Versorgungsspannungsanschluß 22 ist mit dem Masseanschluß der Spannungsversorgung verbunden.
Der Differenzverstärker 10 enthält außerdem einen Eingangswiderstand 24, welcher mit dem invertierenden Eingang 14 des Verstärkers 12 verbunden ist. Ein Gegenkopplungswiderstand 26 ist zwischen dem Ausgang 18 und dem Eingang 14 eingeschaltet. Ein Eingangswiderstand 28 ist zusätzlich mit dem nichtinvertierenden Eingang 16 des Verstärkers 12 verbunden. Ein Widerstand 30 ist zwischen dem nichtinvertierenden Anschluß 16 der Verstärkers 12 und einer geeigneten Schaltungserde eingeschaltet. Die Schaltungserde, mit der der Widerstand 30 verbunden ist, kann entweder mit einer isolierten Analogsignalerde, einer Spannungsversorgungserde oder einer gemeinsamen Erde verbunden sein.
Die Eingangssignale für den Differenzverstärker 10 werden an die Eingangsanschlüsse 42 und 32 gelegt. Wird der Differenzverstärker beispielsweise zur Messung einer Potentialdifferenz über einen Widerstand, wie einen in der Fig. 1 dargestellten Widerstand 34 verwendet, so würde der Anschluß des Widerstandes mit höherem positiven Potential mit einem nichtinvertierenden Eingang 32 des Differenzverstärkers 10 und ein Anschluß 36 mit dem Eingangsanschluß 32 gekoppelt, wie durch Linien 40 dargestellt. Auf die gleiche Weise würde die Seite des Widerstands 34 mit höherem negativen Potential, welche im Beispiel der Fig. 1 einem Anschluß 38 entspricht, mit dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 10 an einem Eingangsanschluß 42 gekoppelt, wie durch die Linie 40 markiert. Folglich würde der Differenzverstärker 10 im Beispiel der Fig. 1 die Potentialdifferenz zwischen den Anschlüssen 36 und 38 erkennen und verstärken.
Damit der in der Fig. 1 dargestellte Differenzverstärker einwandfrei arbeitet und das gewünschte Gleichtaktansprechverhalten von Null (oder ein unendliches Gleichtaktunterdrückungsverhältnis (CMMR)) aufweist, muß das Verhältnis des Widerstandswertes des Widerstands 30 zum Widerstandswert des Widerstands 28 identisch dem Verhältnis des Widerstandswertes des Widerstands 26 zum Widerstandswert des Widerstands 24 gemacht werden. Sind diese Widerstandsverhältnisse gleich, so entspricht die Spannung am Ausgangsanschluß 18 des Differenzverstärkers 10 dem Verhältnis des Widerstandswertes des Widerstands 26 zum Widerstandswert des Widerstands 24, multipliziert mit der Differenz zwischen den an den Eingangsanschluß 32 und den Eingangsanschluß 42 anliegenden Spannungen, wobei angenommen wird, daß am Eingangsanschluß 32 stets eine höhere positive Spannung vorliegt als die Spannung am Eingangsanschluß 42 (im Falle eines Differenzverstärkers mit einer einpoligen Spannungsversorgung).
Wie bereits erwähnt, tritt bei der Schaltung gemäß Fig. 1 ein Problem auf, wenn die an die Eingangsanschlüsse 32 und 42 gelegte Gleichtaktspannung hoch ist und insbesondere, wenn die Spannung am Anschluß 16 den Gleichtaktspannungsbereich des Verstärkers überschreitet. Dieses Problem tritt unvermeidlich dann auf, wenn die Gleichtaktspannung am Anschluß 16 tatsächlich höher ist als die Versorgungsspannung. In dem Fall, in dem die Differenzspannung nicht hoch genug ist, um in einer positiven Nettospannung am Eingang des Verstärkers 12 zu resultieren (nach der Verstärkung und Gegenkopplung), wird am Anschluß 18 aufgrund der Tatsache, daß die hohe Gleichtaktspannung einen Strom durch die Widerstände 24 und 26 bewirkt, ein starkes Gleichtaktansprechen auftreten, wodurch zumindest ein Anteil der Gleichtaktspannung am Ausgang 18 des Verstärkers 12 erscheint. Diese "Übersteuerungs"- bzw. Streuspannung ist dann am höchsten, wenn der Operationsverstärker 12 keine Ausgangslast hat. In dem Fall, in dem am Anschluß 18 des Operationsverstärkers 12 keine Ausgangslast vorhanden ist, hat der Differenzverstärker 10 eine Ansprechempfindlichkeit von realen 100%, und die gesamte Gleichtaktspannung wird am Ausgangsanschluß 18 vorliegen.
Es gibt ein kritisches Verhältnis zwischen Gleichtakt- und Differenzspannung, oberhalb dem der Differenzverstärker 10 nicht mehr in der Lage wäre, die Gleichtaktspannung zu unterdrücken und deshalb aufhören würde, einwandfrei zu arbeiten. Der Eingang am nichtinvertierenden Anschluß 16 des Verstärkers 12, der den oberen Grenzwert des Gleichtaktspannungsbereichs darstellt, beträgt stets:
V&sub1; G/(1 + G) (1)
Dabei V&sub1; = Spannung am Anschluß 32 des Verstärkers 10
G = Verstärkungsfaktor des Verstärkers 10 (Verhältnis des Widerstandswertes des Widerstands 26 zum Widerstandswertes des Widerstands 24).
Ist die Spannung am invertierenden Eingang 42 des Verstärkers 10 geringfügig niedriger als der sich aus der Gleichung 1 ergebende Wert, arbeitet der Operationsverstärker aufgrund der Festlegung der korrekten Gegenkopplungssignale durch den Widerstand 26 einwandfrei. Deshalb tritt der kritische Punkt, bei welchem der Operationsverstärker Differenzsignale nicht mehr verstärkt und den Gleichtaktsignalen die Streuung vom Eingangsanschluß 42 über die Widerstände 24 und 26 und zum Ausgangsanschluß 18 gestattet, ein, wenn:
V&sub2; = V&sub1; G/(1 - G) (2)
Dabei V&sub2; Spannung am Anschluß 42 des Verstärkers 10.
Da V&sub1; gleich ist der Gleichtaktspannung plus der Differenzspannung dividiert durch 2:
V&sub1; = Vcm + (Vdm/2) (3)
wobei Vcm = Gleichtaktspannung
Vdm = Differenzspannung
und V&sub2; gleich ist der Gleichtaktspannung minus der halben Differenzspannung:
V&sub2; = Vcm - (Vdm/2) (4)
Durch Einsetzen der Gleichungen 3 und 4 in die Gleichungen 1 und 2 und deren Lösung erhält man das Resultat, daß das Verhältnis der Gleichspannung zur Differenzspannung kleiner sein muß als G + 1/2. Betrug die Gleichtaktspannung beispielsweise 21 V und der Verstärkungsfaktor der Schaltung 10, so würde jedes Differenzsignal unter ca. 2 V von der Schaltung nicht verstärkt werden. Für eine beispielhafte Anwendung der vorliegenden Erfindung entspricht das Verhältnis dem ca. 200-fachen der erforderlichen Empfindlichkeit.
Dieses Phänomen der Gleichtaktübersteuerung darf nicht mit dem Gleichtaktunterdrückungsverhältnis das Verstärkers verwechselt werden. Das Gleichtaktunterdrückungsverhältnis wird dadurch bestimmt, wie genau die Werte der Widerstände 24 und 28 sowie die Werte der Widerstände 26 und 30 jeweils übereinstimmen, und wird ein Begrenzungsfaktor der Genauigkeit, wenn der Operationsverstärker korrekt auf eine Last arbeitet.
In manchen Anwendungen bedeutet eine hohe Gleichtaktspannung, daß die Gleichtaktspannung vom Differenzverstärker selbst dann unterdrückt werden muß, wenn sie viel höher ist als die Versorgungsspannung der Schaltung. So kann beispielsweise in einer bestimmten Anwendung der vorliegenden Erfindung die Gleichtaktspannung bis zu 21 V und die Versorgungsspannung des Differenzverstärkers nur 5 V betragen. Dies erfordert selbst unter den günstigsten Bedingungen, daß die Spannung an den Eingängen 14, 16 des Operationsverstärkers 5 V nicht überschreiten kann. In der Praxis muß die Operationsverstärkerstufe auch in der Lage sein, auf Signale anzusprechen, welche nur geringfügig höher sind als das Massepotential. Die Ausführungsmöglichkeiten sind begrenzt, und als Resultat beträgt die höchste Eingangsspannung des Operationsverstärkers, die noch in der Lage ist, eine Gleichtaktspannung von 20 V an den Anschlüssen des Operationsverstärkers zu unterdrücken, bei herkömmlichen Operationsverstärkerausführungen typischerweise nur 3,5 V. Der Verstärkungsfaktor G muß deshalb gleich oder kleiner 3,5/20 oder 1/6 sein, um eine hohe Gleichtaktspannung von 20 oder 21 V zu unterdrücken. Jedoch bei einem Gesamtverstärkungsfaktor kleiner als 1, was bei dem in der Fig. 1 dargestellten Differenzverstärker der Fall wäre, wäre der Verstärkungsfaktor folglich kleiner als 1, wenn die Schaltung eine Gleichtaktspannung von 21 V unterdrücken müßte und mit einer Versorgungsspannung von 5 V gespeist werden würde. Ein Verstärkungsfaktor kleiner als 1 würde die Brauchbarkeit der Schaltung der Fig. 1 vermindern.
Ein weiteres Problem mit der Differenzverstärkerschaltung 10 ergibt sich aufgrund der Verwendung einer einpoligen Spannungsversorgung. Da der Verstärker 12 nur mit einer positiven Versorgungsspannung betrieben wird, kann er nur auf Differenzsignale an seinen Eingängen ansprechen, welche ein höheres positives Potential haben als das Massepotential. Folglich kann der Differenzverstärker 10 nur auf positive Differenzspannungen an den Eingangsanschlüssen 32 und 42 ansprechen. Sollte die Spannung am Eingangsanschluß 42 einen höheren Wert haben als die positive Spannung am Eingangsanschluß 32, so wäre der Differenzverstärker 10 nicht in der Lage, einen zu dieser Spannung proportionalen Ausgang zu generieren, da er keine Ausgangs spannung kleiner als das Massepotential des Versorgungsspannungsanschlusses 22 generieren kann.
Nunmehr wird auf die Fig. 2 verwiesen, welche in Form eines Blockdiagramms eine die vorliegende Erfindung verwirklichende Vorrichtung zeigt bei welcher die Einschränkungen des in der Fig. 1 dargestellten Differenzverstärkers überwunden sind. Eine Schaltung 50 enthält eine Vorverstärkerstufe 52, eine zweite Pufferverstärkerstufe 63 und einen Vorspannungsregler 60. Die Vorverstärkerstufe 52 enthält ein Eingangsdämpfungsnetzwert 54 und einen Vorverstärker 56. Das Dämpfungsnetzwerk 54 ist mit den interessierenden Signalen an Eingangsanschlüssen 62 und 64 gekoppelt. Der Ausgang des Dämpfungsnetzwerkes 54 ist mit Eingangsanschlüssen 70 und 72 des Vorverstärkers 56 gekoppelt. Das Dämpfungsnetzwerk 54 ist außerdem über eine Verbindung 71 mit einem Ausgangsanschluß 74 des Vorverstärkers 56 gekoppelt. Die Funktion des Dämpfungsnetzwerks 54 besteht darin, die Gleichtaktspannung an den Eingängen des Vorverstärkers 56 zu verringern und die Eingangsspannung sowie die Gegenkopplungsschaltung für den Vorverstärker 56 so zu steuern, daß das gewünschte Unterdrückungsverhältnis der Gleichtakt-"Übersteuerungs"- bzw. Streuspannung bereitgestellt wird. Das Dämpfungsnetzwerk 54 enthält außerdem einen Offsetanschluß 66, welcher dazu dient, die Vorverstärkerschaltung 52 und den Pufferverstärker 58 zu steuern, um es der Differenzverstärkerschaltung 50 zu gestatten, auf bipolare Eingangssignale anzusprechen. Der Ausgangsanschluß 74 des Vorverstärkers 56 ist mit dem Eingang des Pufferverstärkers 58 gekoppelt. Der Pufferverstärker 58 hat die Funktion, je nach Anwendungs der Schaltung einen Stromverstärkungsfaktor sowie eine Auswahl verschiedener Verstärkungsfaktoren bereitzustellen. Der Ausgang der Differenzverstärkerschaltung 50 liegt an einem Ausgangsanschluß 68 zur Verbindung mit anderen Schaltungen vor. Der Vorspannungsregler 60 hat die Funktion, Vorspannungssignale, welche sich proportional zur absoluten Temperatur verhalten, bereitzustellen, um die Ansprechpunkte für den Vorverstärker 56 und den Pufferverstärker 58 zu steuern. Der Vorspannungsregler 60 ist mit einem Anschluß 76 mit der positiven Versorgungsspannung und mit einem Anschluß 61 mit Masse verbunden.
Der Vorverstärker 56 und der Pufferverstärker 58 sind mit Anschlüssen 59 bzw. 318 mit dem dem Versorgungsspannungsanschluß 76 (bei der nicht dargestellten Spannungsversorgung handelt es sich im allgemeinen, jedoch nicht notwendigerweise, um eine einpolige positive Versorgungsspannung) gekoppelt. Ein Masseanschluß 57 des Vorverstärkers 56, ein Masseanschluß 320 des Pufferverstärkers 58, der Masseanschluß 61 des Vorspannungsreglers 60 und ein Masseanschluß 53 des Dämpfungsnetzwerks 54 sind zur Veranschaulichung mit einem Masseanschluß 126 der Spannungsversorgung gekoppelt dargestellt. Für einen Fachmann liegt es jedoch auf der Hand, daß die Signal- und die Spannungsversorgungserden getrennt werden können, um das Betriebsverhalten der Schaltung zu verbessern.
Nunmehr wird auf eine Schaltung 75 der Fig. 3 verwiesen, welche ein Schaltschema einer beispielhaften Schaltung darstellt, die zur Ausführung der Funktionen der verschiedenen in der Fig. 2 dargestellten Funktionsblöcke verwendet werden können.
Die Eingangs spannungen werden an die Eingangsanschlüsse 62 und 64 gelegt. Spezial-PNP-Transistoren 101 und 102 bilden zusammen mit Dioden 105 und 107 einen Schutz für die Schaltung gegen elektrostatische Entladung. Eingangswiderstände 100 und 102 mit identischem Widerstandswert haben ca. den fünffachen Wert der Widerstände 104 bzw. 106. Widerstände 138 und 140 dienen als Trimmwiderstände hoher Auflösung, um den Wert der Widerstände 104 bzw. 106 präzise abzugleichen. Außerdem sind im Eingangssignalpfad Widerstände 108 und 110 enthalten, welche einen niedrigen Wert haben. In einer typischen Anwendung haben die Widerstände 100 und 102 einen Wert von 200 kΩ, die Widerstände 104 und 106 von 40 kΩ und die Widerstände 108 und 110 von 250 Ω. Bei diesen Werten handelt es sich nur um beispielhafte Werte. Die Schaltung arbeitet in Abhängigkeit von den jeweiligen Eingangsspannungen, Verstärkungsfaktoren und Gleichtaktspannungen in der betreffenden Schaltungsanwendung mit anderen Widerstandswerten.
Zwischen dem Ausgang 74 des Operationsverstärkers 56 und dem Widerstand 110 im Knoten 114 ist ein Gegenkopplungswiderstand 112 eingeschaltet. Der Wert des Gegenkopplungswiderstands wird durch den Wert des gewünschten Gegenkopplungsfaktors bestimmt. In einer typischen Anwendung wird der Gegenkopplungsfaktor so gewählt, daß ein Differenzverstärkungsfaktor G von 10 eingestellt wird. In einem typischen Fall beträgt deshalb der Wert des Widerstandes 112 10 kΩ. Ein zweiter Widerstand 116, welcher den gleichen Wert haben kann wie der Widerstand 112, ist zwischen den Knoten 118 und 120 eingeschaltet. Die Funktion dieses Widerstandes wird Später beschrieben.
Um das Gleichtaktspannungsansprechverhalten der Vorverstärkerstufe 52 auf einem Minimum zu halten, sollten sämtliche mit dem nichtinvertierenden Anschluß des Operationsverstärkers 56 gekoppelten passiven Komponenten jeweils mit sämtlichen mit dem invertierenden Anschluß des Operationsverstärkers 56 gekoppelten Komponenten abgestimmt sein.
Die Spannung am Ausgangsanschluß 74 des Differenzverstärkers 52 ergibt sich entsprechend dem Ausdruck:
V&sub0; = gR'/AR (VINP - VINN) (5)
wobei g ein Gegenkopplungsfaktor ist;
A ist ein Faktor größer Eins;
R ist der Widerstand eines der abgestimmten Widerstände 104 oder 106;
VINP = Spannung am Eingangsanschluß 62
VINN = Spannung am Eingangsanschluß 64
R' = R + r(g - 1)/g
wobei r der Widerstand eines der abgestimmten Widerstände 108 oder 110 ist.
Unter Verwendung der typischen Werte für bereits beschriebene Komponenten, beträgt der Differenzverstärkungsfaktor ca. 8. Ein zusätzlicher Trimmwiderstand 122 wird zwischen den Knoten 114 und 118 eingeschaltet, um den Verstärkungsfaktor auf 10 zu erhöhen, indem das Differenzgegenkopplungsverhältnis zwischen Ausgang und Eingang des Operationsverstärkers 56 gesenkt wird. Der Widerstand 122 kann abgeglichen werden, um den Verstärkungsfaktor anzugleichen, ohne das Gleichtaktansprechverhalten der Schaltung zu beeinträchtigen, da er keine der sowohl mit dem nichtinvertierenden als auch dem invertierenden Eingang des Verstärkers gekoppelten abgestimmten Komponenten beeinflußt.
Das Dämpfungsnetzwerk 54 verhindert, daß die Gleichtaktspannungen an den Eingangsanschlüssen 70 und 72 des Operationsverstärkers 56 nennenswert höher sind als der Faktor 1/(1 + A) multipliziert mit der Gleichtaktspannung. Deshalb gestattet es die in der Fig. 3 dargestellte Vorverstärkerschaltung 52 bei Verwendung der typischen Werte der Schaltung, auf die an den Eingangsanschlüssen liegende Spitzengleichtaktspannung von 21 V anzusprechen, während sie diese Eingangsspannung daran hindert, die Eingangsanschlüsse des Operationsverstärkers 56 auf eine Spannung höher als 3,5 V zu treiben.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung, welche das Gleichtaktansprechverhalten der Schaltung aufgrund einer Gleichtakt- Übersteuerungs- bzw. Streuspannung verringert. In der in der Fig. 3 dargestellten Schaltung enthält der Gleichtakt- Übersteuerungs- bzw. Streuspannungspfad beginnend beim Eingangsanschluß 64 die Widerstände 102, 106, 140 und 112, so daß in dem Fall, in dem die angelegte Gleichtaktspannung größer ist als der Gleichtaktspannungsbereich des Operationsverstärkers 56, die Gleichtaktspannung auf den Ausgangsanschluß 74 des Operationsverstärkers 56 durchwirken und an diesem erscheinen könnte. Mit den typischen zuvor angegebenen Werten der Schaltung kann der Bruchteil der Gleichtaktspannung, welcher auf den Ausgang durchwirken kann, durch den Ausdruck:
r/(1 - A)R (6)
angegeben werden. Werden die typischen Werte in diesen Ausdruck eingesetzt so beträgt dieser Bruchteil etwa 0,001. Deshalb beträgt der Anteil der angelegten Gleichtaktspannung, die durch den Gegenkopplungspfad zum Ausgang des Operationsverstärkers 56 durchwirken kann, ca. 0,001 multipliziert mit der Gleichtaktspannung. Um diese Situation zu verbessern, wird ein Widerstand 124 hinzugefügt welcher zwischen dem Ausgangsanschluß 74 des Operationsverstärkers und dem Masseanschluß 126 eingeschaltet ist. Hat der Widerstand 124 einen Wert von ca. 10 kΩ, so wird der Bruchteil der Gleichtaktspannung, die auf den Ausgang des Operationsverstärkers 56 durchwirken kann, um 50% auf 0,0005 verringert. Der für den Widerstand 124 gewählte Wert kann in Abhängigkeit von dem kritischen Schwellwert einer bestimmten Anwendung, bei welcher die Gleichtakt-Übersteuerungs- bzw. Streuspannung hinsichtlich ihrer Größe mit der interessierenden Differenzspannung vergleichbar wird, angeglichen werden. Es sei nochmals darauf hingewiesen, daß die Steuerung der Gleichttakt-"Übersteuerungs"- bzw. "Streu"- Spannung nicht dasselbe ist wie die Steuerung des Gleichtaktunterdrückungsverhältnisses (CMMR). Die Steuerung des CMMR erfolgt durch die Genauigkeit der Abstimmung zwischen den Werten der jeweiligen passiven Komponenten, welche mit dem invertierenden und dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 56 gekoppelt sind.
Wie oben erwähnt, ist eine weitere Aufgabe der Erfindung die Bereitstellung einer Vorrichtung, welche ein verringertes Ansprechverhalten gegenüber dem Gleichtaktsignal aufweist, wenn es sich bei dem Gleichtaktsignal nicht um ein Gleichspannungssignal handelt, sondern um ein Signal mit Komponenten hochfrequenter Energie. Enthält die Gleichtaktspannung hohe Frequenzen, so besteht das Risiko, daß ein gewisses restliches Ansprechen auf das Gleichtaktsignal das gewünschte Ansprechverhalten auf das Differenzsignal stört. Um dieses Problem zu überwinden, werden Kondensatoren 134 und 136 zwischen die Eingangsanschlüsse des Operationsverstärkers 56 und den Masseanschluß 126 eingeschaltet. Jeder dieser Kondesatoren bildet zusammen mit den Widerständen jedes der oberen bzw. unteren Schenkel des Dämpfungsnetzwerks 54 ein Tiefpaßnetzwerk. Sind diese Tiefpaßnetzwerke unsymmetrisch, so daß ihre jeweiligen Zeitkonstanten differieren, wird ein Gleichtaktsignal zu einem Differenzsignal gewandelt. Deshalb werden außerdem Trimmwiderstände 130 und 132 hinzugefügt, um die Zeitkonstanten jedes entsprechenden Schenkels des Dämpfungsnetzes geringfügig zu erhöhen, und selektiv eingestellt, um das Gleichtaktansprechverhalten bei hohen Frequenzen auf Null zu bringen. Die Kondensatoren bieten außerdem einen Hochfrequenz-(RFI)-Störschutz für die integrierte Schaltung.
Der Offsetanschluß 66 dient zur Einführung einer Offsetspannung am Ausgangsanschluß 74 des Operationsverstärkers 56 und am Ausgangsanschluß 68 des Operationsverstärkers 58. Aufgrund der Symmetrie der Schaltung beträgt der Verstärkungsfaktor vom Offsetanschluß 66 über den Widerstand 116 zum Ausgangsanschluß 74 des Operationsverstärkers 56 Eins. Der Offsetanschluß 66 gestattet der in der Fig. 3 dargestellten Schaltung die Verarbeitung bipolarer Eingänge, d.h. von Differenzspannungen, welche um die Spannung am Masseanschluß 126 herumschwingen, während die Ausgänge der Operationsverstärker 56 und 58 auf einer positiven Spannung gehalten werden. Wird beispielsweise eine positive Referenzspannung an den Anschluß 66 gelegt so schwingt der Ausgang der Operationsverstärker 56 und 58 um exakt die halbe Referenzspannung um die Referenzspannung herum. Der durch Trimmwiderstände 142 und 144 geschaffene Spannungsteiler gestattet die genaue Einstellung des Offset gegenüber der Skalenmitte.
Die in der Fig. 3 dargestellte Schaltung enthält außerdem den am Anschluß 76 mit der Spannungsversorgung gekoppelten Vorspannungsregler 60. Der Vorspannungsregler 60 liefert eine Vorspannung und einen Vorspannungserzeugungsstrom, welche sich proportional zur absoluten Temperatur verhalten, um die Ansprechpunkte der Operationsverstärker 56 und 58 zu setzen. Vorspannungssignale werden über Anschlüsse 77 und 78 an den Operationsverstärker 56 gelegt. Vorspannungs- Signale werden über Anschlüsse 80 und 83 an den Operationsverstärker 58 gelegt.
Nunmehr sei auf die Fig. 4 verwiesen, welche ein Schaltschema einer beispielhaften Schaltung zeigt, die zur Durchführung der der Funktionen des in der Fig. 3 dargestellten Vorverstärkers 56 verwendet werden kann. Der Operationsverstärker 56 ist für den Betrieb bei hoher Gegenkopplungsverstärkung bei einer sehr niedrigen Offsetspannungsdrift und mit der Fähigkeit, hohe positive Gleichtaktspannung zu unterdrücken, optimiert. Es ist zu beachten, daß obwohl es sich bei den Transistoren der Schaltung, deren Kollektoren mit dem Masseanschluß 57 gekoppelt sind, um PNP-Transistoren handelt, die Schaltung auch unter Verwendung von NPN- Transistoren verwirklicht werden kann.
Die Differenzeingangssignale vom Dämpfungsnetzwerk 54 werden an die Eingangsanschlüsse 70 und 72 gelegt. Transistoren 200, 202, 204, 206 sowie Widerstände 208 und 210 bilden eine erste Spannungsverstärkerstufe. Der Strom für diese Spannungsverstärkerstufe wird über einen Widerstand 213 und einen Transistor 212 geliefert, welcher seinerseits durch den Vorspannungsregler 60 am Anschluß 78 über einen Widerstand 215 gesteuert wird. Der Vorspannungserzeugungsstrom für die Spannungsverstärkerstufe wird sich nominell proportional zur absoluten Temperatur verhalten. Diese Wahl des Vorspannungserzeugungsstroms die Gleichstrom-Offsetfehler, welche evtl. durch asymmetrische Ströme in den nachgeschalteten Stufen des Operationsverstärkers 56 verursacht werden. Ein Kondensator 217 dient zur Minimierung der Kopplung der an den Emittern der Transistoren 200, 202, 204 und 206 vorliegenden Gleichtaktspannung mit dem Vorspannungsregler 60. Ohne den Kondensator 217 können hochfrequente Gleichtaktspannungen über den Vorspannungsregler 60 durchwirken und am Ausgang des Pufferverstärkers 58 erscheinen.
Der Spannungsverstärkungsfaktor der Spannung der ersten Verstärkerstufe ist klein und wird durch die Maximalwerte von Lastwiderständen 208 und 210 begrenzt. Die Werte der Lastwiderstände 208 und 210 werden so gewählt, daß die Fähigkeit, die Gleichtaktspannungen an den Verstärkereingängen, welche sehr nahe am Massepotential liegen können, über den gesamten Betriebstemperaturbereich des Verstärkers zu unterdrücken, aufrechterhalten wird. In einer typischen Anwendung haben die Widerstände 208 und 210 einen Wert von 30 kΩ. Die Durchschnittsspannung an den Kollektoren der Transistoren 200, 202 und 204, 206 wird über Widerstände 216 und 218 an die Basis eines Transistors 214 gelegt. Die Widerstände 216 und 218 haben einen identischen und hohen Ohmschen Wert, d.h. einen viel höheren Wert als der Widerstand 208 oder 210, um eine Senkung des Spannungsverstärkungsfaktors der ersten Spannungsverstärkerstufe zu vermeiden. So können beispielsweise die Widerstände 216 und 218 Pinch- bzw. Einschnürwiderstände mit Werten von 300 kΩ in einer typischen Anwendung sein.
Der Transistor 214 arbeitet bei einem niedrigen Strom und hat einen sehr niedrigen Basisstrom, so daß der Spannungsabfall über den Widerstand 216 oder 218 sehr gering ist. Folglich ist die Spannung an den Basen von Transistoren 220, 222 und 224 um etwa das Zweifache einer Basis-Emitter- Spannung (2VBE) höher als die Basisspannung des Transistors 214. Als Ergebnis verhalten sich die Ruheströme der Transistoren 222, 226 und der Transistoren 224, 228 proportional zu dem über den Widerstand 231 gelieferten und vom Transistor 230 gesteuerten Vorspannungserzeugungsstrom. Der Transistor 230 wird wiederum vom Vorspannungsregler 60 gesteuert. Der exakte Wert der Proportionalbeziehung hängt von den für die Transistoren 214, 220, 222, 224, 226 und 228 gewählten Emitterzonenverhältnissen ab, wobei diese Transistoren eine zweite Verstärkungsstufe bilden. Ein Widerstand 232 ist zusätzlich enthalten, um die Proportionalitätskonstante der Ruheströme in den Transistoren 222, 226 und 224, 228 weiter zu modifizieren.
Der Vorspannungserzeugungsstrom durch die zweite Verstärkerstufe bestimmt die Steilheit des Verstärkers. Dieser Steilheitswert wird mit dem Spannungsverstärkungsfaktor der ersten Verstärkerstufe multipliziert. Widerstände 234, 236 zusammen mit Transistoren 238, 240 und 242 bilden einen Stromspiegel, welche als Last für die zweite Verstärkerstufe fungiert. Der Kollektor des Transistors 240 treibt die Ausgangsstufe, welche Transistoren 244 und 246 enthält. Die Transistoren 244 und 246 sind ein Darlington-Schaltungspaar und stellen den Hauptanteil des Verstärkungsfaktors des Operationsverstärkers 56 bereit. Um die Gleichstromsymmetrie des Operationsverstärkers 56 weiter zu verbessern und um Eingangs-Offsetspannung und -Drift auf Mindestwerten zu halten, gleicht ein Widerstand 248 die Spannung an den Kollektoren der Transistoren 222 und 224 aus. Ein Kondensator 250 übernimmt die Hochfrequenzkompensation. Ein Spalt-Kollektortransistors 252 liefert für die Darlington-Ausgangsstufe mit den Transistoren 244 und 246 und den Stromspiegel mit den Widerständen 234 und 236 und den Transistoren 238, 240 und 242 einen Vorspannungserzeugungsstrom, welcher proportional zur absoluten Temperatur ist.
Es sei nun erneut auf die Fig. 3 verwiesen, in welcher der Ausgang des Operationsverstärkers 56 über einen Widerstand 300 mit einem nichtinvertierenden Eingangsanschluß 321 des Operationsverstärkers 58 verbunden ist. Die Funktion des Operationsverstärkers 58 besteht in der Bereitstellung einer Pufferverstärkerstufe, welche mit einer niedrigeren Gegenkopplungsverstärkung arbeitet, als der Operationsverstärker 56. Der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers 58 beträgt typischerweise etwa 2. Der Verstärkungsfaktor 2 ergibt sich durch die Verwendung von Widerständen 302, 304 und 308, mit welchen die integrierte Schaltung bestückt ist. Um einen Verstärkungsfaktor 2 zu erhalten, haben die Widerstände 302, 304 und 308 sämtlich einen Wert von 20 Ω.
In anderen Anwendungen kann der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers 58 durch die Verwendung eines über Anschlüsse 310 und 312 eingeschalteten externen Widerstands 314 verändert werden. Bei Anwendung dieser Konfiguration verdoppelt sich der Verstärkungsfaktor, wenn der Widerstandswert des Widerstands 314 dem Zweifachen des Widerstandswertes des Widerstands 300 entspricht. Somit kann eine Kombination aus positiver und negativer Gegenkopplung verwendet werden, um den Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers 58 einzustellen. Ein Filterkondensator 316 bildet zusammen mit dem Widerstand 300 ein Tiefpaßfilter.
Nunmehr sei auf die Fig. 5 verwiesen, welche ein Schaltschema einer beispielhaften Schaltung zeigt, die zur Ausführung der Funktionen des in der Fig. 3 dargestellten Operationsverstärkers verwendet werden kann.
Der Ausgang des Operationsverstärkers 56 ist mit einem nichtinvertierenden Eingang 321 des in der Fig. 5 dargestellten Verstärkers 58 verbunden. Gegenkopplungssignale und Offsetspannungen sind an einem Anschluß 322 mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 58 gekoppelt. Eine erste Spannungsverstärkerstufe wird aus Transistoren 324, 326 und Transistoren 328, 330 zusammen mit Widerständen 332 und 334 gebildet. Der Vorspannungserzeugungsstrom für diese Spannungsverstärkerstufe wird über einen Widerstand 335 geliefert und von einem Transistor 336 gesteuert, an welchen von einem Anschluß 80 eine Vorspannung gelegt wird, die proportional zur absoluten Temperatur ist. Diese erste Spannungsverstärkerstufe arbeitet auf eine ähnliche Weise wie die in Zusammenhang mit dem Operationsverstärker 56 beschriebene erste Spannungsverstärkerstufe. Diese Verstärkerstufe kann mit positiven Gleichtaktspannungen arbeiten, welche im ungünstigsten Fall im Bereich vom Massepotential bis etwa 1,5 V unter der positiven Versorgungsspannung liegen. Die Ausgänge dieser Spannungsverstärkerstufe an den Kollektoren der Transistoren 324, 326 und 328, 330 sind durch eine zweite Verstärkerstufe belastet, welche einen aus Widerständen 338, 340 zusammen mit Transistoren 342, 344 und 346 gebildeten Stromspiegel enthält. Zwischen dem Stromspiegel der zweiten Stufe und dem Spannungsverstärker der ersten Stufe sind Transistoren 348 und 350 vorgesehen, welche in einer Faltkaskodenschaltung geschaltet sind. Ein Transistor 352 steuert den Strom von einem Widerstand 351, um für die Kaskodenschaltung eine Vorspannung bereit zustellen, welche proportional zur absoluten Temperatur ist. Ein diodengekoppelter Transistor 354 und ein Widerstand 355 dienen zur Einstellung geeigneter Vorspannungserzeugungsströme in den Transistoren 348 und 350, während sie eine präzise Steuerung der Spannungen über die Widerstände 332 und 334 sicherstellen.
Die Transistoren 348 und 350 der Kaskodenschaltung sorgen nicht für eine Spannungs- oder Stromverstärkung, sondern einfach nur für den erforderlichen Gleichtaktbereich am Verstärkereingang. Die Stromverstärkung der zweiten Ver-Stärkerstufe ist tatsächlich kleiner als 1, da ein Teil des von der ersten Verstärkerstufe gelieferten Signalstroms zwischen den Emitterimpedanzen der Transistoren 348, 350 und den Pulldown-Widerständen 332 und 334 abgeführt wird. Demzufolge ist die Gleichstromsymmetrie des Stromspiegels im Verstärker 58 von größerer Wichtigkeit als im Verstärker 56.
Ein Vorspannungstransistor 364 liefert einen Vorspannungserzeugungsstrom an den Stromspiegel, welcher die Widerstände 338, 340 zusammen mit den Transistoren 342, 344 und 346 enthält. Der Ausgang des Stromspiegels am Kollektor des Transistors 344 dient zum Treiben der Basis eines Transistors 360, welcher mit Transistoren 358 und 356 in einer Dreifach-Darlington-Konfiguration geschaltet ist. Kondensatoren 366 und 368 sorgen für eine Hochfrequenzkompensation.
Als Ausgleich für die fehlende Verstärkung der zweiten Verstärkerstufe wird die obenerwähnte Dreifach-Darlington-Ausgangsstufe mit einem sehr hohen Spannungs- und Stromverstärkungsfaktor verwendet. Jede Spannungsänderung in der Basis des Transistors 356 wird über den Widerstand 340 und die Transistoren 344 und 346 in gleicher Höhe über die Transistoren 360 und 358 an den Kollektor des Transistors 350 übertragen. Folglich ist die effektive Spannungsverstärkung der Dreifach-Darlington-Ausgangsstufe sowie deren Stromverstärkung sehr hoch. Gleiche Vorspannungserzeugungsströme für die Ausgangstransistoren 358 und 360 werden durch einen Vorspannungstransistor 362 bzw. einen Vorspannungstransistor mit Spalt-Kollektor 364, welche ihrerseits mit dem Vorspannungsregler 60 gekoppelt sind, geliefert.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung stellt in einer monolithischen integrierten Schaltungskonfiguration einen Differenzverstärker bereit, welcher mit einer einpoligen Versorgungsspannung gespeist wird und dennoch in der Lage ist, bipolare Eingangssignale zu verarbeiten, und welcher Gleichtaktspannungen unterdrücken kann, die höher als die Versorgungsspannung sind, während er gleichzeitig den Effekt der Gleichtakt-Übersteuerungs- bzw. Streuspannungen auf ein Minimum beschränkt.
Nach der Beschreibung einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung, liegen für den Fachmann verschiedene Änderungen, Modifikationen und Verbesserungen auf der Hand. Solche Änderungen, Modifikationen und Verbesserungen, wie sie sich aufgrund dieser Beschreibung ergeben, sind als Bestandteil dieser Beschreibung zu sehen, obwohl sie nicht ausdrücklich erwähnt sind, und gelten als innerhalb des Rahmens der beiliegenden Ansprüche liegend. So wird es für einen Fachmann beispielsweise auf der Hand liegen, daß die Schaltung der vorliegenden Erfindung für Anwendungen eingestellt werden kann, in denen sich das Verhältnis der Gleichtaktspannung zur Differenz Spannung von dem Verhältnis des speziellen beschriebenen Beispiels unterscheidet. Des weiteren ist es für den Fachmann offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung sowohl in integrierten Schaltungen als auch in Schaltungen mit diskreten Komponenten verwirklicht werden kann.

Claims

1. Differenzverstärkervorrichtung, die so angeschlossen ist, daß sie auf eine Differenzspannung anspricht, eine Gleichtaktspannung unterdrückt und eine Gleichtaktstreuspannung verringert und die einen Operationsverstärker (56) enthält, der einen invertierenden Eingangsanschluß (72), einen nichtinvertierenden Anschluß (70) und einen Ausgangsanschluß (74) aufweist, wobei eine Spannung am Ausgangsanschluß eine Funktion einer Spannung am nichtinvertierenden Eingangsanschluß und einer Spannung am invertierenden Eingangsanschluß ist, gekennzeichnet durch:

eine Dämpfungseinrichtung (54), die aufweist: ein erstes Paar von Widerstandsgliedern (106, 110), die in Reihe an einem ersten Knoten zusammengeschaltet und zwischen den invertierenden Eingang und einen Referenzspannungspunkt (126) eingekoppelt sind;

ein zweites Paar von Widerstandsgliedern (104, 108), die in Reihe an einem zweiten Knoten zusammengeschaltet und zwischen den nichtinvertierenden Eingang und den Referenzspannungspunkt eingekoppelt sind;

ein drittes Widerstandsglied (116), das zwischen den zweiten Knoten und den Referenzspannungspunkt eingekoppelt ist;

ein viertes Widerstandsglied, das zwischen einen ersten Eingangsanschluß (64) der Differenzverstärkervorrichtung und einem Ende eines Nebenschlusses eingekoppelt ist, das mit dem invertierenden Eingang verbunden ist;

ein fünftes Widerstandsglied, das zwischen einen zweiten Eingangsanschluß (62) der Differenzverstärkervorrichtung und ein anderes Ende des Nebenschlusses eingekoppelt ist, welches mit dem nichtinvertierenden Eingang verbunden ist; und

ein Gegenkopplungswiderstandsglied (112), welches zwischen den Ausgangsanschluß und den ersten Knoten eingekoppelt ist.

2. Differenzverstärkervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Differenzverstärker durch eine einpolige Betriebsspannung mit Leistung versorgt wird.

3. Differenzverstärkervorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin aufweist:

mindestens ein zusätzliches Widerstandsglied (122), das den nichtinvertierenden Anschluß mit dem invertierenden Anschluß des Operationsverstärkers zur Einstellung eines Verstärkungsgrads des Differenzverstärkers ohne Beeinflussung eines Gleichtaktansprechverhaltens des Differenzverstärkers verbindet.

4. Differenzverstärkervorrichtung nach Anspruch 2, die weiterhin aufweist:

einen zweiten Operationsverstärker (58), der einen zweiten invertierenden Eingangsanschluß (322), einen zweiten nichtinvertierenden Eingangsanschluß (321) und einen zweiten Ausgangsanschluß (68) hat, wobei eine Spannung am zweiten Ausgangsanschlüß eine Funktion einer Spannung am zweiten invertierenden Eingangsanschluß und einer Spannung am zweiten nichtinvertierenden Eingangsanschluß ist und wobei der zweite Operationsverstärker mit seinem zweiten, nichtinvertierenden Anschluß mit dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers gekoppelt ist.

5. Differenzverstärkervorrichtung nach Anspruch 4, die weiterhin aufweist:

eine Offset-Steuereinrichtung (66), die mit der Dämpfungseinrichtung und mit dem invertierenden Eingangsanschluß des zweiten Operationsverstärkers gekoppelt ist, um eine Ausgangsspannung festzulegen, wenn kein Differenzsignal vorhanden ist.

6. Differenzverstärkervorrichtung nach Anspruch 5, die weiterhin aufweist:

eine Vorspannungsregeleinrichtung (60), die mit dem Operationsverstärker und dem zweiten Operationsverstärker gekoppelt ist, um eine zur absoluten Temperatur proportionale Vorspannungsleistung einzuspeisen.

7. Differenzverstärkervorrichtung nach Anspruch 6, die weiterhin aufweist:

eine Einrichtung zur Steuerung eines Verstärkungsgrads des zweiten operationsverstärkers, die eine den zweiten Ausgangsanschluß mit dem zweiten invertierenden Eingangsanschluß verbindende negative Rückkoppeleinrichtung (304) zum Erzeugen eines negativen Ruckkopplungssignals und eine positive Rückkopplungseinrichtung (314) aufweist, welche zwischen den zweiten Ausgangsanschluß und den zweiten nichtinvertierenden Eingangsanschluß zur Erzeugung eines positiven Rückkopplungssignals eingekoppelt ist.

8. Differenzverstärkervorrichtung nach Anspruch 7, die weiterhin aufweist:

eine Tiefpaßfiltereinrichtung (300, 316), die den Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers mit dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß des zweiten Operationsverstärkers verbindet.

9. Differenzverstärkervorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Operationsverstärker einen ersten Spannungsverstärker (200, 202, 204, 206, 208, 210) geringen Verstärkungsgrades enthält, der einen mit einem ersten Spannungsverstärker (214, 220, 222, 224, 226, 228) hohen Verstärkungsgrads gekoppelten Ausgang hat.

10. Differenzverstärkervorrichtung nach Anspruch 9, wobei der erste Spannungsverstärker hohen Verstärkungsgrades eine Stromspiegelschaltung enthält, die mit einem in Darlington- Schaltung geschalteten Transistorpaar (244, 246) verbunden ist.

11. Differenzverstärkervorrichtung nach Anspruch 10, wobei der zweite Operationsverstärker einen zweiten Spannungsverstärker (324, 326, 328, 330, 332, 334) geringen Verstärkungsgrades aufweist, der einen mit einem zweiten Spannungsverstärker (338, 340, 342, 344, 346) hohen Verstärkungsgrades gekoppelten Ausgang hat.

12. Differenzverstärkervorrichtung nach Anspruch 11, wobei der zweite Spannungsverstärker hohen Verstärkungsgrades eine Stromspiegelschaltung enthält, die eine in Dreifach- Darlingtonschaltung geschaltete Transistorgruppe (356, 358, 360) enthält.

13. Differenzverstärkervorrichtung nach Anspruch 12, die weiterhin Schutzschaltungen (101, 105; 103; 107) gegen elektrostatische Entladungen aufweist, die jeweils mit dem invertierenden Eingangsanschluß und dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers gekoppelt sind.

14. Differenzverstärkervorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Verstärker in einer monolithischen, integrierten Schaltung verkörpert ist.