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Differenzverstärker stecken in einer Vielzahl unterschiedlicher Geräte - von Operationsverstärkern bis hin zu Oszillatorschaltungen ist ihr Einsatzbereich vielfältig. Was genau ein Differenzverstärker ist, wie er funktioniert und was die wichtigsten Kaufkriterien sind, erläutern wir Ihnen in unserem Ratgeber.
Ein Differenzverstärker ist ein aktives Bauelement, das die Differenz (daher teilweise auch als Subtrahierer bezeichnet) zwischen zwei gegebenen Eingangsspannungen ermittelt und als verstärktes Signal ausgibt. Wird an den Eingängen des Bauelements eine gleiche Spannung durch eine Konstantstromquelle angelegt, sollte die Ausgangsspannung rechnerisch Null betragen. Variieren jedoch die Spannungen an den Eingängen, wird deren Unterschied vom Bauteil verstärkt. Die ausgegebene Differenz kann gemessen und damit auch die Differenz der beiden Eingangsspannungen berechnet werden. Es spielt keine Rolle, ob es sich bei der Spannung um Wechsel- oder Gleichtaktspannung handelt, da der Differenzverstärker beide Spannungsarten verarbeiten kann.
Der Aufbau eines einfachen Differenzverstärkers besteht grundsätzlich aus zwei gleichen Transistoren, die in Emitterschaltung und einem gemeinsamen Emitterwiderstand zusammengeschaltet werden (siehe Abbildung).
Dadurch entsteht ein Verstärker mit zwei Eingängen, an die die Eingangsspannung angelegt werden kann. Durch Exemplarstreuung ist jedoch so gut wie ausgeschlossen, zwei genau gleichartige Transistoren zu erhalten. Messungenauigkeiten werden daher durch andere Bauelemente abgeschwächt. Das kann beispielsweise mit der Zwischenschaltung eines Potentiometers im Emitter-Dreieck der Schaltung oder mit weiteren Widerständen erreicht werden.
Bei einer Änderung der Eingangsspannung ändert sich durch die Abhängigkeit des Kollektorstroms von dessen Basisspannung der Kollektorstrom an beiden Transistoren. An demjenigen mit stärkerer Spannung nimmt er zu, während er bei dem mit weniger Spannung abnimmt. Dieser Effekt wird durch einen starken Spannungsabfall, verursacht durch einen verwendeten Widerstand, gesteigert und erzielt damit die Verstärkung des Differenzsignals der Eingangssignale.
Einfache Differenzverstärker können für eine Reihe unterschiedlicher Messfunktionen verwendet werden. Die Messung der Differenz der Eingangssignale zählt ebenso dazu wie etwa die Möglichkeiten zum Vergleich von Soll- und Ist-Werten oder der Einsatz als Messverstärker. Die Bauelemente sind ebenfalls ein grundlegender Teil von Operationsverstärkern und zusammen mit diesen in einer Vielzahl von Geräten verbaut. Sie zeichnen sich außerdem im Gegensatz zu einfachen Transistorstufen durch eine geringere Anfälligkeit für Temperatureinflüsse aus und sind nicht so abhängig von anderen Bauteilen.
Die einzelnen Ausführungen der Verstärker weichen in unterschiedlichen Aspekten voneinander ab. Beim Kauf sollten Sie besonders folgenden Merkmale berücksichtigen:
Versorgungsspannung / Versorgungsstrom
Die verschiedenen Betriebsdaten in Bezug auf Versorgungsspannung und Versorgungsstrom sind besonders wichtig, um eine sichere und zuverlässige Funktionsweise der aktiven Bauelemente zu garantieren, unterscheiden sich diese teilweise doch deutlich. Die Hersteller der Verstärker nutzen zudem je nach Versorgungsspannung und Strom unterschiedliche Komponenten für den internen Aufbau. Bei der Wahl des richtigen Produkts müssen sie deshalb unbedingt beachtet und bei der späteren Verwendung eingehalten werden. Nur so können Funktionsstörungen oder Schäden an den Verstärkern vermieden werden.
Beschaltungszahl
Die Beschaltungszahl gibt Auskunft darüber, mit wie vielen Optionen der jeweilige Differenzverstärker beschaltet werden kann. Am geläufigsten sind hierbei Beschaltungen mit einer Anzahl zwischen einer und vier Möglichkeiten. Die Beschaltung hat direkte Auswirkungen auf die Anzahl der Ein- und Ausgänge und damit auf die Einsatz- und Verwendungsbereiche.
Gehäuse, Aufbau und Montage
Die Beschaltungszahl beeinflusst durch die Veränderung der Anzahl der Ein- und Ausgänge natürlich auch die Größe und den Aufbau der Gehäuse. Desweiteren gibt es verschiedene Bau-Varianten der Verstärker für unterschiedliche Formen von Anschlüssen. Beim Kauf sollte deshalb auch auf die Form des Gehäuses und die jeweilige Montageart geachtet werden.
Verstärkungsbandbreitenprodukt
Das Verstärkungsbandbreitenprodukt ist eine vereinheitlichte Kennzahl, die die Verstärkung des Signals beschreibt.
Sie ist daher für die spätere Verwendung wichtig, um die ausgegebenen Werte richtig erfassen zu können. Das Produkt ist abhängig von den jeweiligen Betriebsdaten und wird benötigt, um zum Beispiel die angelegten Spannungen und vorhandenen Frequenzen anhand der Ausgangsspannung zu berechnen.
Betriebstemperatur
Auch wenn die Schaltungen mit Differenzverstärkern nicht sehr temperaturabhängig sind, muss auch bei ihnen auf die richtige Betriebstemperatur geachtet werden. Diese liegt bei den meisten Geräten im Bereich zwischen 0 und 70 °C, kann aber bei besonderen Anforderungen auch Werte von -55 bis 125 °C annehmen.
Die Betriebstemperatur ist deshalb zu beachten, da ein Übertreten zum Beispiel Auswirkungen auf die fließenden Ströme hat und so zu Messungenauigkeiten oder sogar zur Beschädigung des Bauelements führen kann.
Die Differenzverstärker sind komplexe Bauelemente, die es in unterschiedlichen Varianten und für verschiedenste Verwendungen gibt. Dies macht sie zur Lösungsoption vieler Probleme, erschwert es aber, den Überblick zu behalten. Mit den beschriebenen Kategorien und den Filtern in unserem Conrad-Shop finden jedoch auch Sie das individuell passende Produkt für Ihre Schaltung.