Informations- und Kommunikationstechnik

Subtrahierverstärker

Liegt an beiden Eingängen eines Operationsverstärkers eine Spannung, dann steht am Ausgang eine verstärkte Differenzspannung zur Verfügung. Ein Subtrahierverstärker ist die Kombination eines Umkehrverstärkers mit einem einfachen Elektrometerverstärker. In ihrer Grundschaltung sind die Verstärkungsfaktoren beider Schaltungen um 1 verschieden. Das Ergebnis ist nur dann die mathematisch korrekte Differenz, wenn die Eingangsspannung am E+ Eingang mit einem entsprechend dimensionierten Spannungsteiler verkleinert wird. Es kann gezeigt werden, dass mit den Widerstandsverhältnissen: R2 / R1 =  R4 / R3 am Ausgang das mathematisch richtige Ergebnis erhalten wird. In der einfachsten Variante sind alle Widerstandswerte gleich.

Subtrahierer mit OPV

Zur mathematischen Herleitung bestimmt man die am E+ Eingang wirksame Eingangsspannung. Denkt man sich die Eingangsspannung Ue1 = 0 V, dann liegt der Widerstand R1 an Masse und man kann eine Formel die Ausgangsspannung dieser nicht invertierenden OPV-Schaltung aufstellen. Entsprechend kann mit Ue2 = 0 V, oder R3 an Masse für den invertierenden OPV die Verstärkerformel aufgestellt werden. Die Ausgangsspannung für beliebige Eingangsspannungen ist die Summe der beiden Ausgangsteilspannungen.

Anwendungsbeispiele

Wird die massefreie Brückenspannung einer Messbrücken mithilfe des Subtrahierverstärkers bestimmt, so ist die Ausgangsspannung des OPVs auf Masse bezogen messbar. Derartige Messbrückenschaltungen finden sich in Thermostaten, Lichtsensoren, Magnetfeldsensoren und dergleichen mehr. Das folgende Schaltungsbeispiel zeigt einen Brückenspannungsverstärker zur Temperaturmessung. Mit dem Stellwiderstand kann die Brücke so abgeglichen werden, dass bei einer vorgegebenen Temperatur die Ausgangsspannung 0 V wird. Jede positive oder negative Änderung der Temperatur wird dann mit ihrem Vorzeichen als Abweichung vom Sollwert direkt messbar.

Brückenspannungsverstärker

Bei diesem einfacheren Differenzspannungsverstärker haben seine beiden Eingänge unterschiedliche Eingangsimpedanzen. Während der nicht invertierende Eingang ohne einen Eingangsteiler sehr hochohmig ist, wird eine angeschlossene Quelle durch den Eingangswiderstand des invertierenden Eingangs belastet. Mit einer Schaltungserweiterung zum Instrumentenverstärker erhält man einen Differenzverstärker mit zwei gleich hochohmigen Eingängen.