Analogtipp Günstiger differenzieller Verstärker mit geringem Energieverbrauch

Autor / Redakteur: Chau Tran und Jordyn Rombola * / Kristin Rinortner

Für viele Anwendungen sind differenzielle Verstärker mit hoher Leistungsfähigkeit und niedrigem Energieverbrauch erforderlich. Eine einfache Lösung besteht im Einsatz eines zweifachen nicht-invertierenden Präzisionsverstärkers mit einem Widerstandsnetzwerk.

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Bild 1: Invertierende differenzielle Verstärkerkonfiguration.
Bild 1: Invertierende differenzielle Verstärkerkonfiguration.
(Bild: Analog Devices)

Der Gleichtaktspannungspegel an den differenziellen Ausgängen bei einem zweifachen nicht-invertierenden Präzisionsverstärker hängt jedoch von der eingangsseitigen Gleichtaktspannung ab.

Bild 1 zeigt den leistungsstarken zweifachen Verstärker ADA4805-2, konfiguriert als invertierender differenzieller Verstärker. Der rauscharme Schaltkreis arbeitet mit einer Gleichtaktverstärkung von +1 zwischen den beiden nicht-invertierenden Eingängen und den Ausgängen.

Dies ermöglicht eine einfache Gleichtaktsteuerung für den Betrieb an nur einer Versorgungsspannung. Aufgrund des niedrigen Ruhestromes (500 μA pro Verstärker) eignet sich der Schaltkreis ideal zur Entwicklung von Datenwandlersystemen mit hoher Auflösung und niedrigem Energieverbrauch.

Der Schaltkreis bietet eine Kombination aus geringer Verzerrung und niedrigem Ruhestrom. Die Zweifach-OPV-Lösung ermöglicht geringere Systemkosten, während die differenzielle Verstärkertopologie eine höhere Leistungsfähigkeit erzielt.

Massesignale in differenzielle Signale wandeln

Hochauflösende A/D-Wandler haben häufig differenzielle Eingänge, um Gleichtaktrauschen und harmonische Verzerrungen zu reduzieren. Deshalb müssen massebezogene Eingangsspannungen in differenzielle Eingangsspannungen gewandelt werden, bevor sie von A/D-Wandlern genutzt werden können. Die Schaltung kann verwendet werden, um ein massebezogenes Signal in ein differenzielles Signal zum Treiben der A/D-Wandler zu wandeln. Die Gleichtaktspannung lässt sich über die Referenz des A/D-Wandlers einstellen.

Der Transformator wandelt das massebezogene Signal in ein differenzielles Signal. Mit einer Systemverstärkung von –1 kann der differenzielle Ausgang den A/D-Wandler treiben. Die Gleichtaktausgangsspannung wird durch die Spannung Uref an den zwei nicht-invertierenden Eingängen bestimmt.

Die DC-Gleichtaktspannung an den Eingängen lässt sich mit einem Serienkondensator an jedem Eingang oder mit einem Transformator eliminieren (Bild 1).

Auch können die differenziellen Eingangssignale direkt an die Anschlüsse IN+ und IN– gelegt werden. In diesem Fall werden die Widerstände zur Verstärkungseinstellung Teil des Eingangswiderstands der Quelle.

Zur Darstellung des differenziellen Frequenzverlaufs wurde eine differenzielle Eingangsspannung an den beiden Eingängen IN+ und IN– angelegt. Die Verstärkungswiderstände werden Teil des Eingangswiderstands für die Quelle. Dies bietet ein besseres Rauschverhalten als die nicht-invertierende Konfiguration, begrenzt aber die Flexibilität beim Einstellen der Eingangsimpedanz separat von der Verstärkung.

Zur Darstellung des Gleichtaktfrequenzverlaufs wurde die Gleichtaktspannung an zwei nicht-invertierenden Eingängen (Uref) angelegt, wobei IN+ und IN– miteinander verbunden waren.

* Chau Tran arbeitet in der Gruppe Instrumentation Precision Technology (IPT) bei Analog Devices in Wilmington / USA.

* Jordyn Rombola arbeitet in der Gruppe Instrumentation Precision Technology (IPT) bei Analog Devices in Wilmington / USA.

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