Differenzverstärker - Der feine Unterschied

 

Materialbedarf

 

Anz. Bezeichnung Datenblatt
1 Batterie/Spannungsquelle 9V  
2 Transistor BC548C (BC546C-BC550C)
1 Widerstand 100 Ohm  
3 Widerstand 220 Ohm  
2 Widerstand 1,0 kOhm  
1 Trimmpotentiometer 250 Ohm
2 Trimmpotentiometer 10 kOhm
2 Standard-Leuchtdiode 3mm oder 5mm 3mm, 5mm
1 Multimeter  

 

 

Grundlagen

 

In der Elektronik kommt es immer wieder vor, dass man eine genaue Messung von einem bestimmten Wert machen  muss. Dafür reichen einfache Transistorstufen nicht aus, da diese sehr Bauteil- und Temperaturabhängig sind. Für genauere Messungen benutzt man so genannte Differenzverstärker. Diese besitzen 2 Eingänge und am Ausgang kann man die genaue Differenz der Eingänge ablesen.

 

 

Bevor die nebenstehende Schaltung in Betrieb genommen wird, sollten die beiden Potentiometer in Mittelstellung gebracht werden. Wenn man nun die Schaltung einschaltet, leuchtet keine der beiden Leuchtdioden. Dies ist auch richtig.

Der Differenzverstärker gibt ja den Unterschied der beiden Eingänge, in diesem Fall die Spannung am Potentiometer, aus. Die Ausgangsspannung wird an den Kollektoranschlüssen der Transistoren abgegriffen. Hier haben wir zwischen den Ausgängen 2 Leuchtdioden in Gegenpol geschaltet.

Maßgebend für die Funktion des Verstärkers ist der Widerstand R4. Für eine bessere Funktion der Schaltung, sollte hier eine Konstantstromquelle eingesetzt werden. Der Einfachheit halber, nehmen wir hier einen Widerstand.

Dreht man nun einen der beiden Potis nach links, wird eine der beiden Leuchtdioden aufleuchten. Wird der Poti dagegen nach rechts gedreht, leuchtet die andere LED auf. Dieses Verhalten kommt daher, dass der Verstärker bei positiver Eingangsspannungsänderung, am Ausgang eine positive Differenz darstellt, bei einer negativen Eingangsspannungsänderung wird dementsprechend eine negative Differenz ausgegeben. Wobei positive bzw. negative Ausgangsspannung vom Anschluss der Schaltung abhängig ist. In der Regel wird an einem Eingang ein Referenzwert angelegt und der andere dient dementsprechend als Messeingang. Dementsprechend muss dann auch der Ausgang betrachtet werden.

Wie kommt es aber nun zu diesem Verhalten?

 

Betrachten wir die Schaltung erst einmal mit der Bedingung, dass beide Potentiometer sich in Mittelstellung befinden, also die beiden Eingangsspannungen gleich sind.

In diesem Fall steuern die beiden Transistoren gleich stark durch und es ist kein Spannungsunterschied an den beiden Kollektoranschlüssen messbar.

 

Drehen wir nun z.B. den Potentiometer P2 in Richtung der positiven Spannung, leuchtet die Diode D1 auf.

Dies wird ermöglicht, da durch die höhere Spannung der Transistor T2 weiter durchsteuert. Dementsprechend die Kollektorspannung von T2 geringer wird. Nun ist die Kollektorspannung von T1 positiver wie die von T2 und durch die Leuchtdiode kommt es zu einem Stromfluss. Die LED leuchtet auf.

 

Wird nun an der Basis von T2 eine geringere Spannung angelegt indem wir den Poti P2 in die negative Richtung drehen, sperrt dieser stärker. Die Kollektorspannung an T2 steigt entsprechend.

Nun haben wir eine höhere Kollektorspannung an T2 als an T1 und es kommt ein Stromfluss durch D2 zustande. Nun leuchtet diese auf.

 

 

Die Offset-Spannung

 

 

Da Differenzverstärker in der Praxis meist für Messaufgaben benötigt werden, sollten diese natürlich recht genau arbeiten. Dazu gehört auch, das der Verstärker bei gleichen Eingangsspannungen auch eine Ausgangsspannung von 0 V haben sollte. Dies testen wir mal, indem wir P2 und den Widerstand R5 entfernen und die beiden Basen verbinden.

Misst man nun zwischen den beiden Kollektoranschlüssen, sollte die Spannung immer 0 V betragen. Leider wird man fast immer eine sehr geringe Spannung auch hier messen können. Diese Spannung nennt sich Offset-Spannung. Dieser Effekt ist natürlich unerwünscht, da er ja das Messergebnis verfälscht. Man kann diesen Effekt aber entgegen wirken.

 

 

Dieser kleine Differenz ergibt sich aus den Toleranzen der einzelnen Elemente. Um dies auszugleichen muss man den Verstärker abgleichen.

Dies erreichen wir durch den einschalten eines kleinen Potis im Emitter. Nun kann man die Spannung auf 0 V herunter regeln.

 

 

Zurück zur Auswahlseite            Zur Hauptseite