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Auto-Zero-VerstärkerEin Auto-Zero-Verstärker ist eine elektronische Schaltung zur Verstärkung sehr kleiner Gleichspannungen in der Messtechnik. Meist sind dies spezielle Operationsverstärker, es gibt aber auch entsprechende Instrumentenverstärker. Die wesentliche Eigenschaft ist eine sehr geringe und stabile Offset-Spannung. HistorischesSeit den Anfangszeiten der Elektronik versuchte man, das Problem der sehr störenden Offsetspannung von Gleichspannungsverstärkern in den Griff zu bekommen. Den ersten Erfolg erzielte E. A. Goldberg, der sich 1948 einen chopperstabilisierten Röhrenverstärker patentieren ließ[1] und dabei auf den bereits 1918 durch J. W. Milnor patentierten Chopper-Verstärker zurückgriff. In seiner Schaltung wird der Signalweg in zwei Pfade zerteilt:
Bei sorgfältiger Abstimmung der Grenzfrequenzen und Einzelverstärkungen kann ein durchgehender Frequenzbereich von 0 Hz bis zu einigen 100 kHz erreicht werden. Der große Vorteil dieses Verfahrens gegenüber Chopper-Verstärkern ist die deutlich höhere verarbeitbare Maximalfrequenz. Die mangelnde Langzeitstabilität, der Einsatz mechanischer Zerhacker und großvolumiger Röhren behinderten aber den Einsatz. Schaltung mit Halbleitern Mit Halbleitern ist es möglich die komplette Schaltung eines Auto-Zero-Verstärkers zu einem Integrierten Schaltkreis zusammenzufassen. Statt des mechanischen Choppers aus der Röhren-Ära dienen MOSFETs als Schalter. Als Bauelement auf kleinstem Raum, ähnlich einem normalen Operationsverstärker ermöglicht dies die Verwendung von Auto-Zero-Verstärkern als Standardbaustein der Messtechnik. Heutige Auto-Zero-Verstärker werden intern aus zwei Verstärkerketten zusammengesetzt:
Alternativ zum Chopperverstärker kann die Korrektur des Offsets auch durch ein etwas anderes Verfahren erfolgen: Auch hier liegt ein Hilfsverstärker parallel. Dessen Eingänge werden regelmäßigen Zeitabständen kurzgeschlossen um den Offset des Hilfsverstärkers in einem Kondensator zu speichern und damit zu korrigieren. In einer zweiten Phase kann dann der Offset des Hauptverstärkers offsetfrei verstärkt und korrigiert werden. Diese 2. Variante ist der Auto-Zero-Verstärker im eigentlichen Sinne. Wegen der ähnlichen Eigenschaften werden die beiden Bezeichnungen Auto-Zero-Verstärker und chopperstabilisierter Verstärker trotz des etwas anderen inneren Aufbaus oft synonym benutzt.
AnwendungenDie Anwendungen liegen im Bereich der Messtechnik bei der Verstärkung von Gleichspannungen bzw. niederfrequenten Wechselspannungen, wie beispielsweise bei Spannungsmessgeräten mit Auflösung im Mikrovoltbereich, Dehnungsmessstreifen, Thermoelementen und Hallsensoren. Weblinks
Einzelnachweise
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