Die DC-Parameter von Operationsverstärkern messen

Antwort: Mein englischer Kollege  hat berichtet, das er im Restaurant „La Cognette” in Issoudun in Zentralfrankreich und nicht viel später, in einem Lokal, das vermutlich das beste Restaurant in Afrika ist – Le Quartier Français” in Franschhoek im südafrikanischen Weinanbaugebiet gegessen hat. In beiden Restaurants hatte er die Gelegenheit, den Küchenchef zu fragen, wie ein bestimmtes Gericht zubereitet wird. Und in beiden Lokalen gab man ihm alle Details, die er sich nur wünschen konnte. Der Durchschnittliche versucht, alles zu verbergen, während der wahrhaft Große sein Wissen preisgibt.

Analog Devices ist ein weltweit führender Anbieter von Analogtechnologie. Wir glauben an den Ausspruch „Wenn man es nicht messen kann, ist es keine Wissenschaft” [1]. Außerdem sind wir froh, Einzelheiten darüber, wie wir die Parameter unserer Produkte messen, weiterzugeben. Viele Lehrbücher zeigen das Diagramm eines Operationsverstärkers mit Eingängen auf Masse und einer Closed-Loop-Verstärkung von 1 bis 10.000, der einen Spannungsmesser treibt, welcher den von 1 bis 10.000 verstärkten Offset anzeigt. Diese Technik funktioniert unter der Voraussetzung, dass man die thermoelektrischen Spannungen und die Einflüsse von Biasströmen sorgfältig minimiert. Allerdings wird so nur der Offset gemessen.

Eine leicht komplexerer Aufbau, bei dem ein zweiter Operationsverstärker verwendet wird, erlaubt die Messung von Offsetspannung, Biasstrom, Open-Loop-Verstärkung, Gleichtaktunterdrückung (CMR) und Unterdrückung von Störungen auf der Spannungsversorgung (Power Supply Rejection) mit minimalen Änderungen der Schaltung und ohne Low-Level Signal-Switching (welches Rauschen und Fehler bewirken kann).

Mit zwei zusätzlichen Widerständen und zwei weiteren Kondensatoren sind auch AC-Messungen möglich. Darüber hinaus muss es sich bei dem zweiten Operationsverstärker nicht um einen Hochleistungs-OPV handeln, um hochgenaue Messungen (z.B. die Messung sehr kleiner Offsets und sehr hoher Verstärkungen) durchzuführen.

Das Grundprinzip der Schaltung ist, dass der Hilfs-Operationsverstärker eine Rückmeldung zum DUT (Device Under Test) liefert. Dies bringt seinen Ausgang auf ein Potenzial, welches die differenzielle Spannung an den Eingängen des Hilfs-Operationsverstärkers auf (fast) Null bringt.

[1] In „The Door into Summer” von Robert A. Heinlein (Kapitel 9), sagt Dr. Twitchell: „Falls man es nicht messen kann, ist es keine Wissenschaft.” Dies ist eine Umkehrung der Aussage „Falls es Wissenschaft ist, kann man es messen.“ Populär Lord Kelvin zugeschrieben, ist dies eine ungenügende Synopsis von dem was er eigentlich sagte, was näher an Dr. Twitchells Beobachtung ist. „In der Physik als Wissenschaft besteht der erste wichtige Schritt bei der Erarbeitung eines neuen Themengebiets, mathematisch fassbare Grundsätze und Möglichkeiten zu finden, diese mit Messungen nachzuweisen. Ich sage oft, dass, wenn man das, worüber man spricht, messen und es in Zahlen ausdrücken kann, man etwas über es weiß; wenn man es jedoch nicht messen kann und es nicht in Zahlen fassen kann, ist das Wissen mager und nicht befriedigend. Es mag der Beginn von Wissen sein, doch man hat sich dann in seinem Denken kaum in Richtung hin zur Wissenschaft weiterentwickelt, ganz gleich, um welches Thema es geht.“ [Popular Lectures & Addresses, Vol. 1 „Electrical Units of Measurement” 1883-05-03]

Von Uwe Bröckelmann nach Unterlagen von Analog Devices.

2 Gedanken zu „Die DC-Parameter von Operationsverstärkern messen“

  1. Von welcher Schaltung handelt es sich? Schade, dass ein Bild fehlt.

    “Eine leicht komplexerer Aufbau, bei dem ein zweiter Operationsverstärker verwendet wird, erlaubt die Messung von Offsetspannung, Biasstrom, Open-Loop-Verstärkung, Gleichtaktunterdrückung (CMR) und Unterdrückung von Störungen auf der Spannungsversorgung (Power Supply Rejection) mit minimalen Änderungen der Schaltung und ohne Low-Level Signal-Switching (welches Rauschen und Fehler bewirken kann).”

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