Tricky Circuit

Abgeglichener Differenzverstärker

Behalte die Differenz, unterdrücke das Gemeinsame

Ein Differenzverstärker subtrahiert Eingänge. Gleichtakt ist ihr gemeinsamer Anteil. CMRR bedeutet Common Mode Rejection Ratio, Gleichtaktunterdrückungsverhältnis: Unterdrückung des Gemeinsamen relativ zur Verstärkung der gewünschten Differenz. Op amp bedeutet Operational Amplifier, Operationsverstärker: eine versorgte Schaltung, die die Differenz zweier Eingänge verstärkt.

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EXPERIMENTIERTISCH

Ändere die Schaltungseinstellungen, sage die Messwerte voraus und prüfe eine Aufgabe. Dies sind Lernmodelle; die Annahmen werden in jeder Lektion erklärt.

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So funktioniert es

Vier Widerstände mit zwei exakt abgeglichenen Verhältnissen, Ausgang ±12 V. Ideale Gleichtaktunterdrückung; Eingangsgrenzen, Fehler, Rauschen und Geschwindigkeit fehlen.

Differenz V2 − V1; Vout = g × (V2 − V1). Beide Eingänge gleich anzuheben verändert das Ergebnis nicht.

Schwierigkeit

  1. Aufbauen · Beobachte

    Einschalten: V1 = 1 V, V2 = 3 V, g = 1. Erhalte 2 V.

    Brauchst du einen Tipp?

    V1=1 V; V2=3 V; g=1 → 2 V

  2. Erforschen · Erkunde

    Setze V1 = V2 = 2 V, g = 2. Erhalte 0 V.

    Brauchst du einen Tipp?

    V1=V2=2 V; g=2 → 0 V

  3. Selbst lösen · Löse

    Setze V1 = 3 V, V2 = 1 V, g = 2. Erhalte −4 V.

    Brauchst du einen Tipp?

    V1=3 V; V2=1 V; g=2 → −4 V

Zusatzwissen und Schaltungsrezepte

Abgeglichener Differenzverstärker

Zwei Sensorleitungen können dieselbe Störung tragen. Subtraktion zeigt ihre nützliche Differenz.

Vout = g × (V2 − V1)

Gleichtaktverschiebung und Differenz sind unabhängig. Das Modell erhält nur die Differenz.

Ein nützlicher Zusammenhang

Gleiche Eingänge heben sich auch fern von Masse auf.

Außerhalb des Modells

Ungleiche reale Widerstandsverhältnisse machen Gleichtakt zum Fehler.

Eine typische Falle vermeiden

Abgeglichene Verhältnisse zählen, nicht einfach vier beliebige Widerstände.

Beide Eingänge steigen um 1 V, Verstärkung bleibt. Ausgang…

  1. bleibt gleich
  2. steigt um 1 V
  3. verdoppelt sich
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Beide Subtraktionsterme steigen gleich.

Abstand messen

Eingänge 1 V und 3 V, Verstärkung 1.

Ausgang 2 V.

Messung umkehren

Eingänge 3 V und 1 V, Verstärkung 2.

Ausgang −4 V.

Probiere eine weitere Änderung

Vergleiche 1 V/3 V mit 2 V/4 V bei Verstärkung 1: beide Ausgänge 2 V.

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