Elektrotechnik und Elektronik

Instrumentenverstärker-Rechner

Verstärkung berechnen, Verstärkungswiderstände wählen und interne Ausgangsspannungen prüfen.

Deine Eingaben

Deine Ergebnisse

Spannungsverstärkung: —

Ideale Ausgangsspannung: —

Spannung · V+ − V−: —

Spannung · VCM: —

VA: —

VB: —

Verbleibende Ausgangsreserve: —

Formel—

Differenzverstärkung und interne Spannungsreserven prüfen

Modellieren Sie die dargestellte Instrumentenschaltung mit drei Verstärkern. Berechnen Sie Differenzverstärkung und idealen Ausgang und prüfen Sie interne Spannungen gegen eingegebene Grenzen. Diese vereinfachte Reserveprüfung bestimmt nicht den vollständigen Gleichtaktbereich eines realen Bauteils.

Schritt für Schritt

Geben Sie angeglichene Stufenwiderstände, beide Eingangsspannungen und Ausgangsreferenz ein. Unterscheiden Sie Eingangs- und Ausgangswiderstandspaare im Schaltbild.
Geben Sie Versorgungslimits und Reserve ein. Wählen Sie beim Verstärkungsentwurf Ziel und Normreihe und übernehmen Sie den vorgeschlagenen Verstärkungswiderstand.
Vergleichen Sie idealen Ausgang, Eingangsgleichtakt und interne Ausgänge. Ein plausibler Endausgang kann trotzdem mit einer internen Grenzwarnung einhergehen.

Einstellungen und Grenzen

Verstärkungswiderstand: RG bestimmt die erste Stufe. Das Widerstandsverhältnis der letzten Stufe multipliziert ebenfalls die Differenz; prüfen Sie die Gesamtverstärkung nach Rundung.
Referenzspannung: Die Referenz verschiebt den idealen Ausgang, ohne den Differenzeingang zu verändern. Sie verschiebt nicht alle internen Knoten gleich und löst Gleichtaktgrenzen nicht automatisch.
Spannungsreserve: Die Reserve verkleinert den nutzbaren Schienenbereich aller geprüften Knoten. Reale Eingangs- und Ausgangsbereiche hängen von Bauteil, Last und Versorgung ab.

Durchgerechnetes Beispiel

Verwenden Sie das Differenzeingangsbeispiel. Endausgang und beide Ausgänge der ersten Stufe liegen im gewählten nutzbaren Bereich.

Beispieleingabe

R = 10 kΩ; RG = 1 kΩ; Rin = Rout = 10 kΩ
Vref = 0 V; V− = −5 V; V+ = 5 V
h = 0.2 V

Erwartetes Ergebnis
Vin+ / Vin−	G	Vout	VA	VB	ΔVrail
1.01 / 1 V	21 V/V	0.21 V	0.9 V	1.11 V	3.69 V
4.9 / 4.9 V	21 V/V	0 V	4.9 V	4.9 V	−0.1 V

Setzen Sie danach beide Eingänge auf den gezeigten gleichen hohen Wert. Der ideale Differenzausgang verschwindet, aber interne Knoten überschreiten die Reservegrenze.

Fragen und Fehlerbehebung

Warum eine Warnung bei kleinem Ausgang?

Die ersten Stufen reagieren auf die Eingangsgleichtaktspannung. Sie können ihre Aussteuergrenze erreichen, obwohl die Subtraktion einen kleinen Endausgang ergibt.

Sind gerundete Verstärkungen exakt?

RG-Normwerte ergeben die angezeigte Nennverstärkung. Widerstandstoleranzen, Offset und begrenzte Gleichtaktunterdrückung erzeugen zusätzliche Fehler.

Gelten diese Grenzen für jeden Instrumentenverstärker-IC?

Nein. Prüfen Sie Eingangsgleichtakt gegen Ausgangsbereich und Referenzanforderungen. Ein integriertes Bauteil muss dieser vereinfachten diskreten Topologie nicht entsprechen.