Berechnung einer Verstärkerschaltung

Dimensionierung einer Operationsverstärkerschaltung

1. Drücken Sie die relative Wertigkeit des LSBs des ADCs in der Einheit “ppm“ aus und berechnen den Wert des LSBs in Volt
2. Die Amplitude V1 = 100 mV soll am ADC-Eingang eine Amplitude von VinADC = 3,6 V erzeugen. R1 sei 10 kΩ Berechnen Sie den Wert für R2. Wie groß ist die erforderliche Verstärkung vu?
3. Der Operationsverstärker habe eine Transitfrequenz ft = 5 MHz. Wie groß ist die Bandbreite fCL (CL=Closed Loop) der Verstärkerschaltung?
4. Welche Funktion hat R3 bzw. C1 für die Signalspannung?
5. Die Abtastfrequenz beträgt fsample = 200 kHz, R3 sei 10 kΩ. Um einen Aliasingfehler zu begrenzen dimensionieren Sie C1 so, dass bei fsample/2 eine Dämpfung von 40 dB gilt. Welche Grenzfrequenz fc,LP gilt (LP= Low Pass) dann für die Signalspannung.
6. Mit welcher Zusatzschaltung könnten Sie erreichen, dass bei gleichem Aliasingfehler eine größere Signalbandbreite als die zuvor berechnete fc,LP möglich ist?

Berechnung einer Verstärkerschaltung

Sie stellen nun ein DC Fehler-Budget (Error Budget) auf:

1. Der Input Bias Current IB- fließt in den invertierenden Eingang des OPs und beträgt 80 nA bei 25°C. Die Temperaturdrift +0,5 nA/K Berechnen Sie für die Dimensionierung gemäß Teilaufgabe 1.2. die bei 75°C entstehende Ausgangsspannungsanteil Vout,bias,75°.
2. Die Input Offset Voltage Vos betrage 0,6 mV bei 25°C, die Temperaturdrift +4 µV/K . Berechnen Sie für die Dimensionierung gemäß Teilaufgabe 1.2. die bei 75°C entstehende Ausgangsspannungsanteil Vout,OS,75°.
3. Die Widerstände R1 und R2 haben eine Toleranz fdR von ± 1%. In welchem Wertebereich liegt nun die Verstärkung vureal? Die Temperaturdrift sei vernachlässigbar klein. Wie groß wird durch die Toleranz die Änderung der Ausgangspannung dVout,Rtol bei V1 = 100 mV
4. Wie gross ist der Fehler der Dualzahl am Ausgang des ADCs?

Rauschen einer Verstärkerschaltung

Untersuchen Sie nun die Rauscheigenschaften bei 25°C:

1. Die Widerstände R1 und R2 sind mit dem Eigenrauschen zu berücksichtigen. Mit welchen Effektivwerten Vout,R1,n erscheint R1 und und mit welchen Vout,R2,n R2 am Ausgang des OpAmps?
2. Nehmen Sie vereinfachend an, dass die Voltage Noise Spectral Density enop = 5 nV/√Hz des OpAmps konstant über den betrachteten Frequenzbereich (Bandbreite fCL) ist. Mit welchem Effektivwert Vout,OP,en erscheint das Rauschsignal am Ausgang des OpAmps?
3. Nehmen Sie vereinfachend an, dass die Current Noise Spectral Density inop = 10 fA/√Hz des OpAmps konstant über den betrachteten Frequenzbereich (Bandbreite fCL) ist. Mit welchem Effektivwert Vout,OP,in erscheint das Rauschsignal Vout,OP,in am Ausgang des OpAmps?
4. Berechnen Sie den Summen-Effektivwert Vout,total,n aus allen Rauschanteilen am Ausgang in Volt und geben diesen auch in in ppm bezogen auf Vout an.

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