Bild 1: Der Referenzpin eines Instrumentenverstärkers kann verwendet werden, um mehrere Signale in einer Addierer-Konfiguration zu kaskadieren.

Addierer auf Basis von Operationsverstärkern haben einige Nachteile: Sie weisen eine geringe bis mittlere Eingangsimpedanz auf, die durch die Eingangswiderstände vorgegeben ist. Dies verursacht Verstärkungsfehler. Sie bieten keine Gleichtaktunterdrückung; daher müssen Eingänge massebezogen sein. Die System-Leistungsfähigkeit wird durch den Kanal mit der größten Verstärkung begrenzt. Eine höhere Verstärkung auf einem Kanal resultiert in einer niedrigeren Bandbreite, einer höheren Verzerrung und erhöhtem Rauschen auf allen Kanälen.

Die aktuellen leistungsfähigen und preiswerten Instrumentenverstärker bieten eine Alternative, die viele Probleme löst. Die Ausgangsspannung eines Instrumentenverstärkers, erzeugt zwischen Referenzpin und Ausgangspin, ist proportional zur Spannungsdifferenz zwischen den Eingängen In+ und In–. Der Referenzpin kann verwendet werden, um mehrere Signale in einer Addierer-Konfiguration zu kaskadieren (Bild 1). Bei jedem Instrumentenverstärker kann eine andere Verstärkung eingestellt werden.

Dieses System hat gegenüber dem einfachen Operationsverstärker-Addierer mehrere Vorteile:

• Jeder Eingang hat eine sehr hohe Eingangsimpedanz.
• Jedes Signal hat eine unabhängige Gleichtaktunterdrückung, festgelegt durch den Instrumentenverstärker. Je höher die Verstärkung ist, desto höher ist die Gleichtaktunterdrückung und umso kleiner ist der Fehler.
• Signale können leicht addiert oder subtrahiert werden; dies geschieht, indem man die invertierenden oder nicht-invertierenden Anschlüsse des Instrumentenverstärkers verwendet.
• Der Instrumentenverstärker ermöglicht die Nutzung verschiedener Eingangssignale, falls gewünscht.
• Verzerrung, Rauschverstärkung und Bandbreite jedes Signals sind unabhängig von den anderen Signalen. Dies führt zu kleineren Werten für Offsetspannung, Verstärkungsfehler, Rauschen und Verzerrung.

Die Autoren: Moshe Gerstenhaber und Michael O’Sullivan, Analog Devices.