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Gleichtaktunterdrückung Die englisch Common Mode Rejection kurz CMR in der Elektronik besagt dass eine Gleichtaktverstär

Gleichtaktunterdrückung

Die Gleichtaktunterdrückung (englisch Common-Mode Rejection, kurz CMR) in der Elektronik besagt, dass eine Gleichtaktverstärkung unterdrückt wird oder in welchem Umfang das möglich ist.

Prinzipiell verfügt ein elektrischer Differenzverstärker mit seinen zwei Eingängen

  • einerseits über eine Gegentaktverstärkung, die den Unterschied zwischen beiden Eingangsspannungen untereinander erfasst,
  • und andererseits über eine Gleichtaktverstärkung, die den gemeinsamen Unterschied zu einem Bezugspotential (beispielsweise „Masse“) erfasst.

Im Idealfall eines Differenzverstärkers gibt es nur die Gegentaktverstärkung, und die Gleichtaktverstärkung entfällt. In jedem anderen Fall wird versucht, die Gleichtaktverstärkung klein zu halten und die Gegentaktverstärkung groß.

Der Differenzverstärker hat starke Verbreitung gefunden als Eingangsstufe eines Operationsverstärkers. An diesem wird erläutert, wie weit sich das Idealverhalten realisieren lässt.

Operationsverstärker mit seinen Ein- und Ausgangsgrößen

Grundlagen Bearbeiten

Für den durch keine Störeinflüsse beeinträchtigten Operationsverstärker mit der Leerlaufspannungs­verstärkung gilt die Gleichung

Beim realen Operationsverstärker kommt der Einfluss der Gleichtaktspannung mit der Gleichtaktverstärkung hinzu

Dabei besagt

in welchem Umfang sich ändert, wenn sich ändert.

Da die Gleichtaktverstärkung eine unerwünschte Eigenschaft ist, wird sie in Datenblättern nicht angegeben, sondern es wird angegeben, wie viel höher die Gegentaktverstärkung im Verhältnis zur Gleichtaktverstärkung ist durch die Gleichtaktunterdrückung

Dabei wird meistens statt der Gleichtaktunterdrückung ihr logarithmisches Gleichtaktunterdrückungs­maß in Dezibel angegeben:

Häufig wird die Abkürzung CMRR für Common-Mode Rejection Ratio wie ein Formelzeichen gebraucht, dabei uneinheitlich entweder für das Verhältnis oder das logarithmierte Verhältnis .

Nach der Umrechnung

ist der zweite Summand in der Klammer die Offsetspannung oder im speziellen Zusammenhang hier ihr Anteil

der sich ergibt, wenn sich die Gleichtaktspannung ändert. Dabei ist

und heißt Gleichtaktdurchgriff.

Praktische Bedeutung hat eine möglichst hohe Gleichtaktunterdrückung beispielsweise bei der symmetrischen Signalübertragung, um Gleichtaktstörungen, beispielsweise Netzbrummen, zu unterdrücken. Ferner ist sie in allen Verstärkerschaltungen zu beachten, die nicht mit virtuellem Massepunkt arbeiten, siehe folgendes Beispiel.

Entsprechend dem Merkmal der Gleichtaktunterdrückung gibt es das Merkmal der Betriebsspannungsunterdrückung (englisch Power Supply Rejection, PSR), das die Abhängigkeit von Änderungen der Versorgungsspannung ausdrückt.

Werte Bearbeiten

Der für jeden Operationsverstärker typische Wert zur Gleichtaktspannungsunterdrückung wird in seinem Datenblatt angegeben. Sowohl Werte CMRR < 80 dB als auch > 130 dB sind zu finden. Solche Angaben gibt es für unipolare wie für bipolare Ausführungen. Auch das Bezugspotential wird im Datenblatt festgelegt. Bei symmetrischer Bipolarversorgung liegt es bei 0 V; bei Unipolarversorgung liegt es bei der halben Speisespannung, oder teilweise wird ein zulässiger Bereich angegeben.

Beispiel Bearbeiten

Schaltbild eines nicht­inver­tierenden Verstärkers

Zu nebenstehender Schaltung gelte aufgrund der Rückkopplung

Ferner sei .

Für den Verstärker Typ OP07D gelte aufgrund seines Datenblattes als typisch:

Je nach Hersteller und Datenblattausgabe weichen die Werte hiervon ab.

Dann gilt = 10 V ;   = 2.5e-5 V

Bei den üblicherweise tolerierten Exemplarstreuungen der Rückkoppelwiderstände dürfte die Abweichung durch die Gleichtaktverstärkung hier auch tolerierbar sein.

Es ist beachtenswert, dass trotz der Unterdrückung in diesem Beispiel > 1 ist.

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. ↑ Ulrich Tietze, Christoph Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik. 12. Auflage. Springer, 2002, Seite 52f.
  2. ↑ Klaus Bystron, Johannes Borgmeyer: Grundlagen der Technischen Elektronik. Hanser, 1994, Seite 304.
  3. ↑ Kurt Bergmann: Elektrische Meßtechnik. 5. Auflage. Vieweg, 1993, Seite 177ff.
  4. ↑ Erwin Böhmer: Elemente der angewandten Elektronik. 9. Auflage. Vieweg, 1977, Seite 158.
  5. Helmuth Willems, Hans Mohn, Dieter Blank: Elektro-Fachkunde: 3: Nachrichtentechnik. 2. Auflage. Springer, 1988, Seite 232.
  6. Datenblatt OP07D, Seite 5. Abgerufen am 8. März 2021.
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Die Gleichtaktunterdruckung englisch Common Mode Rejection kurz CMR in der Elektronik besagt dass eine Gleichtaktverstarkung unterdruckt wird oder in welchem Umfang das moglich ist Prinzipiell verfugt ein elektrischer Differenzverstarker mit seinen zwei Eingangen einerseits uber eine Gegentaktverstarkung die den Unterschied zwischen beiden Eingangsspannungen untereinander erfasst und andererseits uber eine Gleichtaktverstarkung die den gemeinsamen Unterschied zu einem Bezugspotential beispielsweise Masse erfasst Im Idealfall eines Differenzverstarkers gibt es nur die Gegentaktverstarkung und die Gleichtaktverstarkung entfallt In jedem anderen Fall wird versucht die Gleichtaktverstarkung klein zu halten und die Gegentaktverstarkung gross Der Differenzverstarker hat starke Verbreitung gefunden als Eingangsstufe eines Operationsverstarkers An diesem wird erlautert wie weit sich das Idealverhalten realisieren lasst Operationsverstarker mit seinen Ein und AusgangsgrossenInhaltsverzeichnis 1 Grundlagen 2 Werte 3 Beispiel 4 EinzelnachweiseGrundlagen BearbeitenFur den durch keine Storeinflusse beeintrachtigten Operationsverstarker mit der Leerlaufspannungs verstarkung V 0 displaystyle V 0 nbsp gilt die Gleichung U a V 0 U d V 0 U P U N displaystyle U mathrm a V 0 U mathrm d V 0 U mathrm P U mathrm N nbsp Beim realen Operationsverstarker kommt der Einfluss der Gleichtaktspannung U G l 1 2 U P U N displaystyle U mathrm Gl tfrac 1 2 U mathrm P U mathrm N nbsp mit der Gleichtaktverstarkung V G l displaystyle V mathrm Gl nbsp hinzu 1 2 3 U a V 0 U d V G l U G l displaystyle U mathrm a V 0 U mathrm d V mathrm Gl U mathrm Gl nbsp Dabei besagt V G l U a U G l displaystyle V mathrm Gl frac partial U mathrm a partial U mathrm Gl nbsp in welchem Umfang sich U a displaystyle U mathrm a nbsp andert wenn sich U G l displaystyle U mathrm Gl nbsp andert Da die Gleichtaktverstarkung eine unerwunschte Eigenschaft ist wird sie in Datenblattern nicht angegeben sondern es wird angegeben wie viel hoher die Gegentaktverstarkung im Verhaltnis zur Gleichtaktverstarkung ist durch die Gleichtaktunterdruckung 1 2 3 4 G V 0 V G l displaystyle G frac V 0 V mathrm Gl nbsp Dabei wird meistens statt der Gleichtaktunterdruckung ihr logarithmisches Gleichtaktunterdruckungs mass in Dezibel angegeben 3 5 Q V G 20 lg V 0 V G l dB displaystyle Q mathrm V G 20 lg frac V 0 V mathrm Gl text dB nbsp Haufig wird die Abkurzung CMRR fur Common Mode Rejection Ratio wie ein Formelzeichen gebraucht dabei uneinheitlich entweder fur das Verhaltnis G displaystyle G nbsp oder das logarithmierte Verhaltnis Q V G displaystyle Q mathrm V G nbsp Nach der Umrechnung U a V 0 U d V G l U G l V 0 U d 1 G U G l displaystyle U mathrm a V 0 U mathrm d V mathrm Gl U mathrm Gl V 0 left U mathrm d frac 1 G U mathrm Gl right nbsp ist der zweite Summand in der Klammer die Offsetspannung U O S displaystyle U mathrm OS nbsp oder im speziellen Zusammenhang hier ihr Anteil U O S U G l U G l displaystyle frac partial U mathrm OS partial U mathrm Gl U mathrm Gl nbsp der sich ergibt wenn sich die Gleichtaktspannung andert Dabei ist U O S U G l 1 G displaystyle frac partial U mathrm OS partial U mathrm Gl frac 1 G nbsp und heisst Gleichtaktdurchgriff 4 Praktische Bedeutung hat eine moglichst hohe Gleichtaktunterdruckung beispielsweise bei der symmetrischen Signalubertragung um Gleichtaktstorungen beispielsweise Netzbrummen zu unterdrucken Ferner ist sie in allen Verstarkerschaltungen zu beachten die nicht mit virtuellem Massepunkt arbeiten siehe folgendes Beispiel Entsprechend dem Merkmal der Gleichtaktunterdruckung gibt es das Merkmal der Betriebsspannungsunterdruckung englisch Power Supply Rejection PSR das die Abhangigkeit von Anderungen der Versorgungsspannung ausdruckt Werte BearbeitenDer fur jeden Operationsverstarker typische Wert zur Gleichtaktspannungsunterdruckung wird in seinem Datenblatt angegeben Sowohl Werte CMRR lt 80 dB als auch gt 130 dB sind zu finden Solche Angaben gibt es fur unipolare wie fur bipolare Ausfuhrungen Auch das Bezugspotential wird im Datenblatt festgelegt Bei symmetrischer Bipolarversorgung liegt es bei 0 V bei Unipolarversorgung liegt es bei der halben Speisespannung oder teilweise wird ein zulassiger Bereich angegeben Beispiel Bearbeiten nbsp Schaltbild eines nicht inver tierenden VerstarkersZu nebenstehender Schaltung gelte aufgrund der Ruckkopplung v U a U e 100 displaystyle v frac U mathrm a U mathrm e 100 nbsp Ferner sei U e 100 mV displaystyle U mathrm e 100 text mV nbsp Fur den Verstarker Typ OP07D gelte aufgrund seines Datenblattes 6 als typisch V 0 displaystyle V 0 nbsp 400 V mV 4e 5 CMRR 106 dB also G displaystyle G nbsp 2e 5Je nach Hersteller und Datenblattausgabe weichen die Werte hiervon ab Dann gilt U a v U e displaystyle U mathrm a v U mathrm e nbsp 10 V U d U a V 0 displaystyle U mathrm d frac U mathrm a V 0 nbsp 2 5e 5 V U G l U P U e displaystyle U mathrm Gl approx U mathrm P U mathrm e nbsp 100 mV V G l V 0 G displaystyle V mathrm Gl frac V 0 G nbsp 2 U a V 0 U d V G l U G l displaystyle U mathrm a V 0 U mathrm d V mathrm Gl U mathrm Gl nbsp 10 V 2 100 mV 10 V 1 2 Bei den ublicherweise tolerierten Exemplarstreuungen der Ruckkoppelwiderstande durfte die Abweichung durch die Gleichtaktverstarkung hier auch tolerierbar sein Es ist beachtenswert dass trotz der Unterdruckung in diesem Beispiel V G l displaystyle V mathrm Gl nbsp gt 1 ist Einzelnachweise Bearbeiten a b Ulrich Tietze Christoph Schenk Halbleiter Schaltungstechnik 12 Auflage Springer 2002 Seite 52f a b Klaus Bystron Johannes Borgmeyer Grundlagen der Technischen Elektronik Hanser 1994 Seite 304 a b c Kurt Bergmann Elektrische Messtechnik 5 Auflage Vieweg 1993 Seite 177ff a b Erwin Bohmer Elemente der angewandten Elektronik 9 Auflage Vieweg 1977 Seite 158 Helmuth Willems Hans Mohn Dieter Blank Elektro Fachkunde 3 Nachrichtentechnik 2 Auflage Springer 1988 Seite 232 Datenblatt OP07D Seite 5 Abgerufen am 8 Marz 2021 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Gleichtaktunterdruckung amp oldid 236491359