Verstärker

Gleichtaktunterdrückung

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Die Gleichtaktunterdrückung (engl. Common-Mode Rejection, kurz CMR) gibt in der Elektronik an, wie gut Ausgangsspannungsänderungen tatsächlich unterdrückt werden, wenn sich die beiden Eingangsspannungen eines elektrischen Differenzverstärkers um den gleichen Betrag ändern. Im Idealfall sollte die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers nur von der Differenz der beiden Eingangsspannungen abhängen und bei der gleichzeitigen Änderung (=„Gleichtakt“) der elektrischen Spannungen an den beiden Eingängen keine Änderung zeigen.

Schaltbild für eine einfache Gleichtaktmessung

Die Spannungen U beim idealen Differenzverstärker können durch die Gleichung

U Ausgang = A diff (U p - U n)

beschrieben werden, beim realen eher durch

$U_{mathrm{Ausgang}} = A_mathrm{diff} (U_mathrm{p} - U_mathrm{n}) + tfrac{1}{2} A_mathrm{gleich} (U_mathrm{p} + U_mathrm{n})$

wobei U_p und U_n die Spannungen an den beiden Eingängen sind, A_diff die Verstärkung der Differenz und A_gleich die unerwünschte sogenannte Gleichtaktverstärkung.

Die Gleichtaktunterdrückung wird üblicherweise durch das in Dezibel gemessene Verhältnis der beiden Verstärkungen angegeben (engl. Common-Mode Rejection, kurz CMR):

$mathrm{CMR} = 20log_{10} left (frac{|A_mathrm{diff}|}{|A_mathrm{gleich}|} right )$

Das Verhältnis von Gleichtaktspannung zu verursachter Differenzspannung wird als CMRR (engl. Common Mode Rejection Ratio) bezeichnet:

$mathrm{CMRR} = frac{|A_mathrm{diff}|}{|A_mathrm{gleich}|}$

Eine gleich große Spannungsänderung an den beiden Eingängen führt also bei nicht vollständiger Gleichtaktunterdrückung zu einer geringfügigen Änderung der Ausgangsspannung. Je besser die Gleichtaktunterdrückung ist, desto größer kann die Offsetspannung sein, die als Gleichtaktsignal an den Eingängen des Verstärkers anliegt.

In den meisten Anwendungen möchte man nur die zwischen den beiden Eingängen liegende Differenzspannung verstärken und dabei unabhängig von einem Gleichtaktsignal (U_CM – CM für Common-Mode) sein. Praktische Bedeutung hat eine möglichst hohe Gleichtaktunterdrückung beispielsweise, um das sogenannte Netzbrummen zu unterdrücken.

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Was ist Gleichtaktunterdrückung?, Rechenbeispiele

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