Analogtipp Den Gleichtaktbereich eines differenziellen Verstärkers auf ±425 V erweitern

Dieser Schaltungstipp zeigt, wie sich der Gleichtaktspannungsbereich von Differenzverstärker A1 (AD629) auf ±425V erweitern lässt.

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Analog Devices

Die Widerstände R₁ und R₂ messen die Gleichtakteingangsspannung. Die gemessene Spannung wird invertiert und mit dem Operationsverstärker A2 (AD8671) heruntergeteilt. Dabei gilt G = –R₃/(R₁ || R₂). R₁ und R₂ müssen große Werte haben, um die Belastung an A2 zu minimieren.

Dieses Signal wird an die Referenzpins von A1 angelegt. Es wird invertiert, so dass es gegenteilig zur Gleichtakteingangsspannung agiert, die Spannung an den Knoten 1 und 2 senkt und den Gleichtaktbereich des Systems erhöht.

Mit V_CM = 425 V und G = –1/50 beträgt V_REF = –8,5 V

V_{Knoten 1,2} = V_IN+ × (20 kΩ/400 kΩ) + (380 kΩ/400 kΩ) × V_REF

V_{Knoten 1,2} = 425 V × 0,05 – 0,95 × 8,5 = 13,175 V.

Dies liegt innerhalb des Gleichtakteingangsbereichs von Verstärker A1.

Bei einer Gleichtaktspannung von ±425 V muss der differenzielle Verstärker etwa 1 W umsetzen. Daher ist darauf zu achten, dass die Sperrschichttemperatur unter dem maximal spezifizierten Temperaturwert bleibt.

Die an die Referenzpins angelegte Spannung erscheint auch als Gleichtaktspannung am Ausgang des differenziellen Verstärkers. Die Ausgänge von A1 und A2 werden an den Instrumentenverstärker A3 (AD8221) angelegt. Dieser unterdrückt die Gleichtaktspannung und behält das Differenzsignal. VDIFF kann verstärkt und gefiltert werden, sofern gewünscht. Über R_FiL und C_FiL wird die Bandbreite eingestellt.

Es ist darauf zu achten, dass der Ausgang von A1 nicht in die Sättigung gelangt, was bei V_DIFF + V_REF der Fall ist. Wenn V_DIFF und V_REF die gleiche Polarität haben, kann A1 in die Sättigung gelangen. Falls sie entgegengesetzte Polarität haben, kann A1 größere differenzielle Eingangssignale verarbeiten, ohne in die Sättigung zu geraten. Indem man die Polarität von V_DIFF ändert, so dass sie nicht gleich V_REF ist, wird der differenzielle Signalbereich maximiert. Die richtige Polarität des Differenzausgangs wird wiederhergestellt, indem man die Eingänge von A3 vertauscht. //

* * Moshe Gerstenhaber und Michael O’Sullivan ... sind bei Analog Devices in Norwood/USA tätig.