Analog Tipp Hochohmiger Instrumentenverstärker mit DC-Restore

In vielen Anwendungen werden kleine Wechselspannungen von großen und wechselnden Gleichspannungsanteilen überlagert. Das Problem: die dynamische Unterdrückung des Gleichanteils ] besonders, wenn...

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Keysight Technologies Deutschland GmbH

Texas Instruments Deutschland GmbH

In vielen Anwendungen werden kleine Wechselspannungen von großen und wechselnden Gleichspannungsanteilen überlagert. Das Problem: die dynamische Unterdrückung des Gleichanteils ] besonders, wenn aufgrund der Kleinheit des Signals eine hohe differentielle Eingangsimpedanz und eine gute Unterdrückung von Gleichtaktstörungen am Eingang gefordert sind. Die hier vorgestellte Lösung erlaubt nicht nur den Betrieb an einer unipolaren Betriebsspannung, sondern zusätzlich die Entfernung einer eingangsseitigen Gleichspannung und die Überlagerung einer ausgangsseitigen Offset-Spannung, wie sie beispielsweise bei der Ansteuerung von modernen Datenwandlern erforderlich ist.Kern der vorgestellten Schaltung ist der CMOS-Präzisionsinstrumentenverstärker INA326 von Texas Instruments. Dieser besitzt Rail-to-Rail-Ein- und Ausgänge und eignet sich daher optimal für den Betrieb an unipolaren Spannungsquellen. Der geringe Offset-Spannungsfehler von maximal 100 µV und die Verwendung von getrimmten Widerständen auf Chipebene erlaubt eine sehr gute Gleichtaktunterdrückung ohne Verwendung teurer engtolerierter Widerstände. Der Operationsverstärker OPA335 arbeitet als gegenkoppelnder Integrator und filtert tiefe Frequenzen durch einen von R3/C3 gebildeten Hochpass. Gleichzeitig erlaubt er die Überlagerung einer Offsetspannung Vcm auf den Ausgang, um A/D-Wandler mit unipolaren Eingängen anzusteuern. Der Verstärkungsfaktor der Schaltung innerhalb des vom Hochpass R3/C3 und den Tiefpässen R2/C2 und R4/C4 begrenzten Bandpasses beträgt A = 2(R2/Rg).Eine mögliche Anwendung dieser Schaltung ist die Eingangsbeschaltung von Elektrokardiogrammaufzeichnungsgeräten, die einen differentiellen Verstärkungsfaktor von rd. 50 für einen Frequenzbereich von 0,05 Hz bis etwas über 100 Hz benötigen. Gleichzeitig müssen große Gleichspannungspotentiale von bis zu 300 mV und zusätzlich erhebliche 50-Hz-Gleichtaktstörungen unterdrückt werden.

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