Differenzverstärker

Der Differenzverstärker ist eine OP-Schaltung mit zwei Eingangsspannungen und einer Ausgangsspannung. Sie weist folgendes Schaltbild auf:

Diese Schaltung bildet die Differenz aus zwei Eingangsspannungen. Dabei hat die Spannung am „+“-Eingang das positive Vorzeichen. Die Spannung am „-“-Eingang hat das negative Vorzeichen. Es ist also nicht egal, welche Spannung wir an welchen Eingang anschließen. Die Spannungen werden nicht direkt an die OP-Eingänge angeschlossen, sondern wieder über eine Widerstandschaltung.

Die Formel der Ausgangsspannung kann als Produkt aus einer positiven Verstärkung v und der Spannungsdifferenz interpretiert werden. Die beiden gleich benannten Widerstandspaare haben wieder jeweils den gleichen Wert.

Die Formel für die Ausgangsspannung habe ich beim Summierverstärker hergeleitet. Die Herleitung der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers können Sie mit der gleichen Herangehensweise selbst probieren. Die Lösung liegt zur Kontrolle ja bereits vor.

Hinweis dafür: Die Spannung UR2 bestimmen Sie mit Hilfe des Spannungsteilers aus U2, RR1 und RR2. Lassen Sie die Masche mit der Quelle U1 über UR2 laufen.

Betrachten wir erneut eine Sensorspannung mit einem Offset. Der Differenzverstärker eignet sich hervorragend, um den Offset zu eliminieren. Wir verwenden wieder eine Verschiebespannung, die wir entweder für U1 oder U2 einsetzen. Einmal wirkt sie positiv und einmal negativ auf das Sensorsignal.

Die Verstärkung des Differenzverstärkers ist positiv. Die des Summierverstärkers ist negativ. Beim Differenzverstärker wird deshalb das Signal durch die Operation U2-U1 vollständig in den positiven Spannungsbereich verschoben, so dass die untere Grenze bei 0V liegt. Anschließend wird mit einer positiven Verstärkung multipliziert.

Betrachten wir wieder das Beispiel des PT100 an der Stromquelle.

Der Sensor entspricht der Quelle U2. Die Verschiebespannung der Quelle U1. So können wir mit einer positiven Verschiebespannung arbeiten, die von der Sensorspannung subtrahiert wird. Der Vorteil der Lösung mit dem Differenzverstärker liegt darin, dass keine negative Verschiebespannung benötigt wird, die in der Praxis schwierig bereitzustellen ist.

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