Subtrahieren von zwei Spannungen mit einem Operationsverstärker

Ich bin im Grunde genommen ein digitaler Typ, und ich bin es gewohnt, einen Komparator zu verwenden, um zwei Spannungen zu vergleichen und je nach ihren relativen Werten ein High oder Low zu ergeben.

Jetzt möchte ich stattdessen eine Spannung von einer anderen subtrahieren und die Differenz als Ausgang zur Verfügung stellen.

Ich habe die folgende Schaltung durchgebacken, aber es scheint nicht richtig zu funktionieren:

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Ich benutze zwei Operationsverstärker als Spannungsfolger und speise sie in die invertierenden und nicht invertierenden Eingänge eines anderen Verstärkers ein. Der Quad-Operationsverstärker-Chip (LM324) verfügt über eine einzige Versorgung (9 V).

BEARBEITEN: siehe mein Kommentar zur akzeptierten Antwort - ich war auf dem richtigen Weg, hatte aber einen verbogenen Stift an einem der Ausgangsstifte.

Da ich jetzt keine negative Versorgung habe und der Ausgang nicht negativ werden kann, möchte ich, dass der Ausgang um +2,5 Volt vorgespannt wird. Wenn also beide Potis auf halbem Weg eingestellt sind, beträgt der Ausgang 2,5 V, nicht Null. Anstatt den Widerstand von Pin 12 auf Masse zu legen, habe ich versucht, einen 4,7-K-Widerstand vom nicht invertierenden Eingang (Pin 12) auf eine 2,5-V-Referenz zu legen, und dies scheint den von mir gewünschten Offset zu addieren.

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Also scheint es jetzt zu tun, was ich will.

operational-amplifier

— Tcrosley
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Die gezeichnete Schaltung erzeugt nicht die Differenz zwischen den beiden Spannungen V3 - V5. Es wird 2⋅V3 - V5 erzeugt. Sie benötigen den Teiler an Pin 12, um sie gleich zu machen. Welche Spannungen erhalten Sie für die von Ihnen eingegebenen Spannungen?

— Endolith

Wenn Sie die Schaltung wie unten beschrieben reparieren, ist es Ihnen gelungen, einen Instrumentenverstärker mit einer Verstärkung von 1

— Mike DeSimone,

@davidcary, dann habe ich mein iPhone verwendet, um ein Foto davon zu machen, damit ich es posten kann. Nachdem ich meine Bearbeitung mit der geänderten Schaltung durchgeführt habe, anstatt eine neue zu zeichnen (da ich das Original nicht mehr hatte), habe ich Kopieren und Einfügen verwendet Malen Sie, um den Offset-Widerstand hinzuzufügen, der auf 2,5 V abfällt.

— Tcrosley

Dies sollte funktionieren, aber normalerweise gibt es auch einen Widerstand vom nicht invertierenden Eingang zur Erde:

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Wenn dann: $\dfrac{R4}{R2} = \dfrac{R3}{R1}$

$V_{OUT} = \dfrac{R_{3}}{R_{1}} \times (V_{IN+} - V_{IN-})$

Um den Offsetfehler zu minimieren, müssen beide Eingänge die gleiche Impedanz haben, und daher gilt und . Das Weglassen von R4 ergibt nur einen Skalierungsfaktor für die Spannung am nichtinvertierenden Eingang, nämlich: $R1 = R2$ $R3 = R4$

$V_{OUT} = 2 \times V_{IN+} - V_{IN-}$

Das Ändern der Einstellung für das untere Potentiometer sollte jedoch definitiv zu einer Ausgabe führen. Haben Sie die Spannungen an beiden Eingängen gemessen?

Was passiert, wenn Sie die untere Spannung auf 2,5 V und die obere auf 1 V einstellen? Der invertierende Eingang sollte ebenfalls 2,5 V und der Ausgang 4 V betragen. Was messen Sie?

Hinweis: Insbesondere der Unterspannungsfolger ist in Ihrer Version nicht erforderlich. Der Eingangsstrom des Operationsverstärkers ist niedrig genug, um für die meisten Anwendungen vernachlässigbar zu sein. Übrigens, Sie schließen den Schleifer des Potentiometers an einen genau gleichen Eingang an!

Literaturhinweise
Differenzverstärker Tutorial (interessante Seite overall!)

— stevenvh
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Ich werde heute Abend Ihren Vorschlag versuchen. Ich konnte die Spannungsänderung am Ausgang des unteren VF (Pin 1) messen, aber der Eingang des letzten Operationsverstärkers (Pin 12), dh die andere Seite des 4,7K-Widerstands, hat sich nicht geändert. Ich habe meine Verkabelung zweimal überprüft, weil ich dachte, dass das seltsam ist. Der Grund, warum ich die Spannungsfolger verwendet habe, war, dass ich dachte, es sei besser, die Eingänge des Differenzverstärkers unabhängig von den Poti-Einstellungen identisch zu belasten.

— Tcrosley

Ich habe versucht, ein bisschen mehr damit herumzuspielen, ohne Erfolg. Schließlich entschied ich mich vielleicht, für alle Fälle den Operationsverstärker zu wechseln. Als ich den Chip herauszog, stellte sich heraus, dass Pin 14 unter dem Chip verbogen war und keinen Kontakt mit dem Steckbrett hatte, also habe ich nur die invertierte Eingangsspannung gemessen, nicht den Ausgang! Wenn der Widerstand auf Masse liegt, funktioniert er jetzt wie oben beschrieben. Und wenn R4 an 2,5 V angeschlossen ist, erhalte ich wie gewünscht einen 2,5-V-Offset im Ausgang.

— Tcrosley