DE3541948A1 - Operationsverstaerker mit offsetspannungsabgleich - Google Patents

Operationsverstaerker mit offsetspannungsabgleich

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DE3541948A1
DE3541948A1 DE19853541948 DE3541948A DE3541948A1 DE 3541948 A1 DE3541948 A1 DE 3541948A1 DE 19853541948 DE19853541948 DE 19853541948 DE 3541948 A DE3541948 A DE 3541948A DE 3541948 A1 DE3541948 A1 DE 3541948A1
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Germany
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operational amplifier
inverting input
input
capacitor
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DE19853541948
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Walter Dipl Phys Foerder
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/30—Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters
    • H03F1/303—Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters using a switching device

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft einen Operationsverstärker mit Offsetspannungsabgleich, wobei einem ersten Eingang des Operationsverstärkers ein zu verstärkendes Signal zugeführt wird.
Zur Kompensation von Offsetspannungen ist bei handelsüblichen Operationsverstärkern eine Reihe unterschiedlicher Maßnahmen gebräuchlich. Im einfachsten Fall wird einem Eingang des Operationsverstärkers eine feste Kompensationsspannung zugeführt, die z. B. mit einem Potentiometer eingestellt werden kann. Diese Methode hat vor allem den Nachteil, daß eine Drift der Offsetspannung nicht kompensiert wird. Bei anderen Methoden wird während des Offsetspannungsabgleichs des Operationsverstärkers die Verstärkertätigkeit unterbrochen, die Offsetspannung gemessen und eine entsprechende Kompensationsspannung zugeführt. Diese Methode läßt sich jedoch nicht einsetzen, wenn der Verstärker kontinuierlich arbeiten muß.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Operationsverstärker mit Offsetspannungsabgleich der eingangs genannten Art so auszuführen, daß auch eine Offsetspannungsdrift vollständig kompensiert wird, wobei keine Unterbrechung des Verstärkerbetriebes erforderlich sein soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Damit kann die Offsetspannungsdrift mit geringem Aufwand kompensiert werden, ohne daß der Verstärkerbetrieb des Operationsverstärkers gestört wird.
Mit einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Patentanspruch 2 wird ein schrittweiser Abgleich des Operationsverstärkers erreicht, so daß auch kurzzeitig auftretende Änderungen der Spannung am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers nur eine geringe Überhöhung der Kompensationsspannung am ersten Kondensator zur Folge haben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figur näher erläutert. Dabei ist eine Eigangsklemme über einen Widerstand 7 mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 1 verbunden, dessen Ausgang über einen Widerstand 8 auf den invertierenden Eingang zurückgekoppelt ist. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 1 ist über einen Kondensator 3 mit Bezugspotential verbunden.
Für den Offsetspannungsabgleich ist ein Hilfs-Operationsverstärker 2 vorgesehen, dessen Ausgang mit seinem invertierenden Eingang verbunden ist. Der nichtinvertierende Eingang ist über einen ersten Umschalter 5 wahlweise in einer ersten Schalterstellung mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 1 oder in einer zweiten Schalterstellung mit dessen nichtinvertierendem Eingang verbunden.
Der invertierende Eingang des Hilfs-Operationsverstärkers 2 ist über einen Kondensator 4 und einen zweiten Umschalter 6 wahlweise in einer ersten Schalterstellung mit Bezugspotential, in einer zweiten Schalterstellung mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 1 verbunden.
Im abgeglichenen Zustand soll sich bei dieser Schaltung der Kondensator 3 auf die Offsetspannung des Operationsverstärkers 1 aufladen, so daß diese kompensiert wird. Im abgeglichenen Zustand stellt sich dann am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 1 bezüglich des Bezugspunktes die Spannung 0 ein. Solange diese Spannung nicht 0 ist, erfolgt folgender Abgleichvorgang:
Während der dargestellten ersten Schaltphase der beiden Umschalter 5 und 6 wird die verbleibende Spannung am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 1 mit dem Hilfs-Operationsverstärker 2, der als Spannungsfolger geschaltet ist, abgetastet. Über den Hilfsoperationsverstärker 2 wird ein zweiter Kondensator 4 auf die Differenz der Spannung U 1- am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 1 und der Offsetspannung U off 2 des Hilfs-Operationsverstärkers 2 aufgeladen. Dieser hat dann die Ladung:
Q 4 = (U 1- - U off 2) · C 4,
wobei C 4 die Kapazität des Kondensators 4 ist. Während der zweiten Schaltphase, bei der die Stellung der dargestellten Umschalter synchron geändert wird, wird der zweite Kondensator 4 auf die Offsetspannung U off 2 entladen. Der dazu erforderliche Strom kann nur aus dem Kondensator 3 kommen, so daß die nötige Ladungsänderung Δ Q in den Kondensator 3 übertragen wird. Dies führt zu einer Potentialänderung Δ U 1+ am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 1:
Wenn die Kapazität C 3 des ersten Kondensators 3 gleich der Kapazität C 4 des zweiten Kondensators gewählt wird, so wird in einem Abgleichschritt die Spannung am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 1 auf 0 Volt abgeglichen. Für bestimmte Anwendungen, z. B. bei hohen Frequenzen, bei niedriger Verstärkung oder bei Rückwirkung des Verstärkerausgang auf den Eingang kann es von Vorteil sein, wenn der Abgleich mit einer gewissen Filterwirkung erfolgt, d. h. daß plötzlich auftretende Spannungen am invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers 1 schrittweise abgeglichen werden, bzw. kurze Störungen nur einen geringen Einfluß haben. Dies kann auf einfache Weise dadurch erreicht werden, daß man die Kapazität C 4 des zweiten Kondensators 4 kleiner wählt als die Kapazität C 3 des ersten Kondensators 3.
Die für den Abgleich erforderliche periodische Ansteuerung der Umschalter 5 und 6 kann in einem sehr großen Frequenzbereich erfolgen, je nachdem wie schnell der Offsetspannungsabgleich erfolgen soll.

Claims (2)

1. Operationsverstärker mit Offsetspannungsabgleich, wobei einem ersten Eingang des Operationsverstärkers (1) ein zu verstärkendes Signal zugeführt wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
a) der zweite Eingang des Operationsverstärkers (1) ist über einen ersten Kondensator (3) mit Bezugspotential verbunden,
b) bei einem Hilfs-Operationsverstärker (2) ist der Ausgang auf den invertierenden Eingang zurückgekoppelt,
c) der nichtinvertierende Eingang des Hilfs-Operationsverstärkers (2) ist über einen ersten Umschalter (5) in einer ersten Stellung mit dem ersten Eingang des Operationsverstärkers (1) und in einer zweiten Stellung mit dem zweiten Eingang des Operationsverstärkers (1) verbunden,
d) der invertierende Eingang des Hilfs-Operationsverstärkers (2) ist über einen zweiten Kondensator (4) und einen zweiten Umschalter (6) in einer ersten Stellung mit dem Bezugspotential und in einer zweiten Stellung mit zweiten Eingang des Operationsverstärkers (1) verbunden,
e) die beiden Umschalter (5, 6) werden periodisch umgeschaltet.
2. Operationsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität C 4 des zweiten Kondensators (4) kleiner ist als die Kapazität C 3 des ersten Kondensators (3).
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3925177A1 (de) * 1989-07-27 1991-02-07 Siemens Ag Schaltungsanordnung zur temperaturstabilen verstaerkung einer differenzspannung
US5047727A (en) * 1989-09-20 1991-09-10 Deutsche Itt Industries Gmbh Offset-voltage-balancing operational amplifier

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