A jelkondicionáló kapcsolások feladatai

A jelkondicionáló áramkörök feladata az, hogy a kimenetükön megfelelő tartományba eső alacsony kimeneti ellenállású feszültségjelet állítsanak elő. A bemenetük lehet kicsi vagy nagyobb feszültség, áram, ellenállás is.

A bemeneti jelek lehetnek előző áramköri fokozatok kimeneti jelei, szenzorok jelei is.

A műveleti erősítők különösen alkalmasak ilyen áramkörök nagypontosságú, változatos megvalósítására.

Alapvető jelkondicionáló kapcsolások és tulajdonságaik

Az alábbi táblázat felsorolja a leggyakrabban előforduló kapcsolásokat, amelyek alkalmasak különböző jelkondicionálási feladatok elvégzésére bemeneti feszültségjel esetén.

Áramkör	Alkalmazási információk
	Feszültségkövető, közel ideális feszültséggenerátor, buffereléshez Az erősítés 1 Vin csak a közös módusú jeltartományon belül lehet A bemeneti ellenállás nagy, a műveleti erősítő határozza meg A bemenet védelmére figyelni kell, kikapcsolt tápfeszültségnél is A műveleti erősítő közös módusú jele változó
	Általános célú erősítő Az erősítés ≥ 1 Vin csak a közös módusú jeltartományon belül lehet A bemeneti ellenállás nagy, a műveleti erősítő határozza meg A bemenet védelmére figyelni kell, kikapcsolt tápfeszültségnél is A műveleti erősítő közös módusú jele változó
	Általános célú erősítő Egynél nagyobb és kisebb erősítés is lehetséges Vin akár a tápfeszültségeken kívül is lehet Egytápfeszültségű alkalmazáshoz az invertáló bemenetre pozitív feszültség szükséges A bemeneti ellenállás R1, amit figyelembe kell venni R1 a bemenet védelméhez hozzájárul, akár kikapcsolt tápfeszültségnél is A műveleti erősítő közös módusú jele állandó
	Különbségerősítő, ha R2/R1 = R4/R3 A közös módusú elnyomás erősen függ az ellenállások relatív pontosságától V1 átskálázására, a tartomány növelése és csökkentése is lehetséges V2-vel szinteltolás végezhető A bemenetek aszimmetrikusak A V1-re jutó bemeneti ellenállás R1 A V2-re jutó bemeneti ellenállás R3+R4 V1 és V2 akár a tápfeszültségeken kívül is lehet R1 és R3 a bemenet védelméhez hozzájárul, akár kikapcsolt tápfeszültségnél is
	Nagy pontosságú különbségerősítő (műszererősítő, instrumentation amplifier) Az erősítés egy ellenállással állítható be Egy harmadik bemeneten levő V0 feszültséggel eltolható a kimenet. Csak nagyon kis kimeneti ellenállású forrással (pl feszültségkövető) hajtható meg. V1 és V2 csak a közös módusú jeltartományon belül lehet V1 és V2 megengedett tartománya függ az erősítéstől is (belső túlvezérlés történhet) A bemeneti ellenállás nagy, a műszererősítő határozza meg A bemenet védelmére figyelni kell, kikapcsolt tápfeszültségnél is A közös módusú elnyomás nagy, az erősítés növelésével nő.

Jeltartományok skálázása

Gyakran előfordul, hogy a bemeneti feszültségjel tartománya nem illeszkedik a jelfeldolgozó áramkörök, A/D konverterek jeltartományához. Szükség lehet erősítésre, szinteltolásra, vagy akár jelek amplitúdójának csökkentésére. Ezekhez sokféle egyszerű áramkört használhatunk, akár passzív alkatrészekből álló osztót, invertáló vagy neminvertáló erősítőt. Hasznos lehet az alacsony kimeneti ellenállás is.

Univerzális jelszintkonvertálás

Az alábbi áramkör univerzális jelszintkonvertálásra alkalmas.

Az ellenállások értékeinek meghatározásához először érdemes felírni a szükséges skálázást leíró összefüggést:

ahol G lehet pozitív és negatív, nagysága lehet egynél nagyobb vagy kisebb. V₀ szinteltolást jelent.

A kapcsolás átviteli függvénye:

A két formula összevetéséből kaphatók meg az ellenállásértékek sokféle esetre. A bemeneti jelet vagy V₁ vagy V₂ reprezentálja, erre vonatkozik a G erősítés. A másik bementet szinteltolásra használjuk és tipikusan a rendelkezésre álló tápfeszültséget vagy referenciafeszültséget kötjük erre a pontra.

A G erősítés tehát a kimeneti és bemeneti tartományok szélességének hányadosával egyenlő, a V₀ szinteltolást pedig úgy választjuk meg, hogy kimeneti tartomány középértéke a bemeneti tartomány középértékéhez tartozzon.

A tápfeszültség természetesen korlátot jelent a műveleti erősítő bemenetein. Ha például a negatív tápfeszültség a földpont, akkor V₂ nem lehet negatív. V₁-re lényegesen kevesebb a megkötés. Azt is figyelembe kell venni, hogy a jelforrásokat a kapcsolás terheli, V₁-et R₁, V₂-t R₃+R₄. Ezeket kellően nagynak kell választani, ami kompromisszumot igényel. Feszültségkövetőt csak akkor köthetünk eléjük, ha a bemeneti jel a tápfeszültségek közé esik.

Egytápfeszültségű jelskálázás

A kapcsolás fő előnye, hogy sok esetben akár egytápfeszültségű erősítőt is használhatunk, csak pozitív feszültségekkel is dolgozhatunk. Erre mutat néhány példát az alábbi táblázat.

Bemeneti jeltartomány	Kimeneti jeltartomány	Konfiguráció
-5V..5V	0..5V	\( V_1=V_{in} \) \( V_2= \text{5 V} \) \( \displaystyle \frac {R_2}{R_1}= \frac {1}{2} \) \( \displaystyle \frac {R_4}{R_3}= \frac {1}{2} \) \( R_5 \) nincs bekötve
-10V..10V	0..2.5V	\( V_1=V_{in} \) \( V_2= \text{2.5 V} \) \( \displaystyle \frac {R_2}{R_1}= \frac {1}{8} \) \( \displaystyle \frac {R_3}{R_4}= \frac {5}{4} \) \( R_5 \) nincs bekötve
1V..2V	0..5V	\( V_1= \text{5 V} \) \( V_2=V_{in} \) \( \displaystyle \frac {R_2}{R_1}=1 \) \( R_3 \) rövidzár \( R_4 \) nincs bekötve \( \displaystyle \frac {R_5}{R_1}= \frac {1}{3} \)

Rezisztív szenzorok jelkondicionálása

Számos szenzor esetén ellenállásérték változik - nem feltétlen lineárisan - a mérendő jel függvényében, így a feladat az ellenállástól függő feszültség előállítása. Ezeket az áramköröket ellenállás-feszültség konvertereknek is nevezhetjük.

Áramgenerátoros megoldások

Az egyik kézenfekvő megoldás egy áramgenerátor használata. Az ellenálláson így feszültség jön létre az ismert átfolyó áram hatására. Az áramgenerátort is műveleti erősítővel építjük fel a nagy pontosság érdekében. Két megoldást láthatunk az alábbiakban.

Ha az ellenállás földelt (vagy földelhető), akkor használható egy egyszerű neminvertáló erősítő:

Megválaszthatjuk az áram nagyságát, ettől függően szükség lehet erősítésre is.

A következő megoldás nagy pontosságú műszererősítőt alkalmaz.

Itt egy négyvezetékes ellenállásmérést látunk, amit gyakran alkalmaznak kisebb értékű ellenállások (például Pt100 szenzor) esetén, hogy az R_W1, R_W2, R_W3, R_W4 vezetékellenállások hatását elkerüljék.

Ha az ellenállás földfüggetlen, akkor használható a visszacsatolókörben is, ami egyúttal az áramgenerátor funkciót is ellátja:

Ennél a kapcsolásnál a kimeneti jel kevésbé használja ki a rendelkezésre álló tartományt. Az áram pontosságát döntően V₀ és R₁ pontossága szabja meg.

Feszültségosztó alkalmazása

Néha egyszerű feszültségosztó is megfelelő, aminek a következő fokozatok általi terhelését feszültségkövetővel lehet elkerülni:

Nemlineáris szenzorok (például termisztor) esetén előnyös ennek az áramkörnek a linearitást növelő hatása is. További fontos előny, hogy a V_ref feszültség használható A/D konverter referenciafeszültségeként is, így ennek hibája kiesik a digitalizálás során (ratiometric arrangement).

Mérőhidak erősítése

Ellenálláshíd-szenzorok, például mérlegcellák (load cell), nyomásszenzorok (pressure sensor) esetén gyakori az alábbi elrendezés:

Ennek előnye, hogy a kis ellenállásváltozásokat feszültségkülönbség felerősítésével követhetjük, így jól kihasználható a kimeneti jeltartomány. Elvileg egyszerű differenciálerősítőt is használhatunk, de a nagy bemeneti ellenállás és pontosság miatt sokkal célszerűbb egy műszererősítőt használni.

Nagy pontossági igények, kisebb ellenállásértékek (egyúttal nagyobb áramok), illetve hosszabb vezetékek esetén gondot okozhat a vezetékek ellenállása is. Ezt küszöböli ki a következő hatvezetékes megoldás:

Az A₁ és A₂ erősítők garantálják, hogy a vezetékek ellenállásától független a mérőhídra jutó feszültség. Itt ügyelni kell arra, hogy A₂ kimenete kis negatív feszültség, így egy tápfeszültség alkalmazása esetén a neminvertáló bemenet nem földelhető. Ebben az esetben V_ref leosztott részét köthetjük ide, de ügyelni kell a feszültségosztás pontosságára is. Minél kisebb legyen a leosztott feszültség, de a kimenetnek biztosan az adatlap által megadott minimum fölé kell esnie.

Az A₄ erősítő a műszererősítő zérus feszültségkülönbséghez tartozó kimenetét adja, ezzel egytápfeszültségű kapcsolást használhatunk. Szükség azért van rá, mert a műszererősítőnek ez a bemenete alacsony impedanciájú.

Mivel az A/D konverter referenciafeszültsége megegyezik a mérőhíd gerjesztési feszültségével, így ennek a pontossága nem befolyásolja a digitalizált érték pontosságát (ratiometric arrangement).

Árammérés, áramkimenetű szenzorok jelkondicionálása

Az áram-feszültség konverterek (transimpedance amplifier) bemenete áram, kimenetük feszültség. Az ellenállás-feszültség konvertereknél alkalmazott megoldások egy része is használható, itt viszont az ellenállás a referencia.

Az alábbi megoldás az áramforrás áramát vezeti át egy precíz ellenálláson:

Figyelembe kell vennünk, hogy az áramforrás kapocsfeszültsége változó, ami okozhat pontatlanságot, áramgenerátorok feszültségtartománya (compliance voltage, compliance range) is lehet korlátos.

Előnyösebb lehet a következő megoldás, amit gyakran használnak fotodióda-erősítőként is:

Itt az áramgenerátor két végpontja között a műveleti erősítő nulla feszültséget tart.

Különbségképző kapcsolást használhatunk nagyobb áramok méréséhez. Itt az áramérzékelő ellenállás kicsi, így az különbségerősítő bemeneti ellenállása által okozott hiba alacsonyan tartható.

Ez a kapcsolás az egyszerűsége mellett azért lehet még hasznos, mert a bemeneti jelek akár az erősítő tápfeszültségénél nagyobbak is lehetnek. Ekkor az erősítés korlátozottabb, akár egynél is kisebb, amit figyelembe kell venni az alkalmazás során.

Ha a feszültségkülönbség kicsi, és az ellenállás végpontjain fellépő feszültség a műszererősítő bemeneti tartományába esik, akkor előnyösebb a sokkal pontosabb műszererősítőt használni:

Nagyimpedanciás, alacsony áramú jelkondicionálás

Fotodióda-erősítő

Az egyik legelterjedtebb nagyimpedanciás áram-feszültség konverter (transimpedance amplifier) alkalmazás a fotodiódák áramának kezelése fotoáram módban:

Szükség lehet gyorsabb működésre, nagyobb sávszélességre, ebben az esetben záróirányú előfeszítést alkalmazunk:

Ezek a kapcsolások egyszerűsítettek, a gyakorlatban szükség van frekvenciakompenzálásra is. Ennek vizsgálatához induljunk ki a fotodióda áramköri modelljéből:

A fotodióda-erősítő ezzel:

A fotodióda árama igen kicsi lehet, ezért ilyen esetben úgynevezett elektrométer típusú (kivételesen alacsony bemeneti áramú) műveleti erősítő szükséges, amelynek a bemenő árama ≤ 1pA. Ilyen áramok mellett már a nyomtatott áramköri lapon szivárgó áramok is befolyásolhatják a mérés pontosságát. Ezt védőgyűrűvel (guard ring) kerülik el. Ennek a lényege az, hogy az invertáló bemenetet vezetékkel veszik körül, melyet ugyanolyan potenciálra kötnek, mint ami a szenzor csatlakoztatott kimenetén van - jelen esetben a földpontra. Ezzel azonos potenciálra kerül a bemenet és környezete, így nem alakulhat ki szivárgó áram.

Adatátvitelre használt nagy sebességű fotódiódák árama elég nagy a nagy fényerő miatt, akár mA értékű, ekkor a műveleti erősítő bemeneti áramára sincs szigorúbb megkötés.

A fotodióda erősítő stabilitása

Mivel a fotodióda számottevő C₁ kapacitást jelent az invertáló bemeneten, ez a visszacsatolóköri ellenállással egy pólust ad az átviteli függvényhez, ami instabilitást okozhat. Ennek a kompenzálásához szükséges a visszacsatolóköri C₂ kapacitás. A cél az, hogy a zajerősítés a nyílthurkú erősítést a Bode-diagramon úgy metssze, hogy a a meredekségeik különbsége ne legyen nagyobb, mint 20dB/dekád. Ez azt jelenti, hogy a zajerősítés vízszintes kell legyen, ezt oldhatjuk meg a C₂ kondenzátorral.

Először vizsgáljuk meg azt az esetet, amikor R₁≫R₂. A fotodióda belső ellenállása igen nagy, így ez akkor fordul elő, ha jelentős a fotodióda árama, elég a visszacsatolókörben lényegesen kisebb ellenállás. Ebben az esetben R₁ elhagyható a modellből, így a zajerősítés:

Végül:

A pólus és zérusfrekvenciák tehát:

Alacsony frekvencián (f<f_z) a zajerősítés 1-hez tart, magas frekvencián (f>f_p) a kapacitások dominálnak, így ekkor a zajerősítés:

Az ehhez tartozó Bode-diagram a következő:

A nyílthurkú erősítés (fekete vonal) és a zajerősítés (kék vonal) metszéspontjában a zajerősítésnek vízszintesnek kell lennie, ebből adható meg C₂ legkisebb elfogadható értéke. Az f_p pólusfrekvencia legnagyobb értéke így mértani középpel adható meg:

Ezt a logaritmikus ábrázolás alapján érthetjük meg: a logaritmikus frekvenciatengelyen az egyenlő szárú háromszög szerinti számtani közép lineáris tengelyen mértani középnek felel meg.

Ha behelyettesítjük f_z és f_p értékét, akkor:

Átrendezve:

Így C₂-re egy másodfokú egyenletet kapunk. Általában teljesül, hogy C₁≫C₂, amiből:

A fázistartalék ekkor 45º. Biztonságosabb C₂ értékét kétszerezni, ezzel a fázistartalék 65º-ra növelhető.

Ha igen kicsi a fotoáram, akkor R₂-nek nagy értékűnek kell lennie, így már R₁ sem hagyható el. A zajerősítés ekkor:

A pólus és zérusfrekvenciák tehát:

Az esethez tartozó Bode diagram:

A grafikonból ezt a feltételt olvashatjuk le:

Behelyettesítéssel kapjuk:

Ugyanazt a feltételt kapjuk tehát C₂-re, mint az előző esetben:

pH előerősítő

A pH szenzor ≈59mV/pH érzékenységű feszültségkimenettel rendelkezik, de a belső ellenállása igen nagy, 100MΩ-1GΩ nagyságrendjébe is eshet. Ennek megfelelően olyan műveleti erősítőt kell használni, melynek a bemeneti árama rendkívül kicsi, ≤1pA.

Védőgyűrű itt is szükséges, de most nem a földpontra kell kötni, hanem az invertáló bemenetre. Ez a pont alacsony impedanciás, ezért és a feszültsége megegyezik a bemeneti feszültséggel, így a követelményeknek megfelel.

Mérőkapcsolások

Műveleti erősítők alkalmasak arra, hogy precíz analóg jelfeldolgozás segítségével olyan feszültséget állítsanak elő, ami arányos egy jelet jellemző, általánosan mérendő mennyiséggel.

Félhullámú egyenirányítás

A félhullámú egyenirányítás (half wave rectification) elvileg diódákkal is elvégezhető, de ebben az esetben a diódák jelentős és bizonytalanabb nyitófeszültsége miatt pontos mérés nem végezhető. Műveleti erősítők segítségével megszüntethető a diódák nyitófeszültségének hatása. Erre mutat egy példát az alábbi kapcsolás:

Ha V_in > 0V, akkor a kimeneten 0V jelenik meg. Mivel ekkor D₁ nyit, létrejön a negatív visszacsatolás, az invertáló bemeneten nulla jelenik meg. D₂ viszont zár, mert a műveleti erősítő kimeneti feszültsége D₁ nyitófeszültségének -1-szerese. Így R₂ a kimenetre vezeti az invertáló bemeneti feszültséget. A kimeneti ellenállás ekkor R₂, amit figyelembe kell venni a terhelésnél.

Ha V_in < 0V, akkor D₂ nyit, D₁ zár és R₂-vel invertáló kapcsolás jön létre, azaz a kimenet pozitív, R₁=R₂ esetén a bemeneti jel -1-szerese.

Abszolútérték képzése

A fentebbi félhullámú kapcsolás kiegészíthető úgy, hogy a bemeneti feszültség abszolútértékének megfelelő kimeneti jel jöjjön létre.

Az ellenállásokra teljesül, hogy R₁=R₂=R₃ és R₄=R₅=2⋅R₃.

Ha a bemeneti feszültség pozitív, akkor a diódák megfordításával most az első fokozat kimenetén (R₃ bal oldalán) a bemeneti feszültség -1-szerese jelenik meg. A második fokozat invertáló összegző, ennek a -2-szereséhez a bemeneti feszültség -1-szeresét adja, így V_out=V_in.

Ha a bemeneti feszültség negatív, akkor D₁ nyit és D₂ zár, ezért R₂-n nem folyik áram, egyúttal R₃-n sem. Ezek ezért nincsenek hatással a kimenetre. Ennek megfelelően V_out=-V_in.

Jel abszolút értékének képzésére alkalmazható egy másik kapcsolás is. Ebben az esetben mindegyik ellenállást egyformának választjuk.

Ha a bemeneti feszültség pozitív, akkor D₁ nyit és D₂ zár, így mindkét erősítő invertáló módban működik. Ekkor V_out=V_in

Ha a bemeneti feszültség negatív, akkor D₂ nyit és D₁ zár. A₂ mindkét bemenetén azonos a feszültség, ezért R₂ és R₄ soros eredőjén fele akkora áram folyik, mint az R₃ ellenálláson. A₂ neminvertáló bemenetén ezért -2⋅V_in/3 a feszültség, amit neminvertáló erősítőként 3/2-szeresére erősít. Ekkor tehát V_out=-V_in.

Csúcsérték képzése

A csúcsértékmérő kapcsolás működési elve szerint egy kondenzátort addig tölt, amíg a bemeneti feszültség nagyobb, mint a kondenzátoron eső feszültség. Ellenkező esetben a kondenzátor kisülését blokkolja, így a feszültség nem változik. Az eddigiekhez hasonlóan diódával érhető el ilyen aszimmetrikus működés és a műveleti erősítővel kompenzálható a diódán eső feszültség is.

A fenti kapcsolásban A₂ feszültségkövetőként működik. Ha V_in növekszik, akkor D₁ nyit, D₂ zár, és a visszacsatolás miatt a kondenzátoron levő feszültség a bemeneti feszültséget követi. Ellenkező esetben D₁ zár és D₂ nyit, ami biztosítja A₁ negatív visszacsatolását, lényegében logaritmáló kapcsolás jön létre. A kis értékű R₁ ellenállás csökkenti A₁ kapacitív terhelését. R₂ korlátozza A₂ és egyben A₁ kimeneti áramát, amikor A₁ logaritmáló módban működik.

A kondenzátoron eső feszültség D₁ szaturációs árama és A₂ bemeneti árama miatt lassan csökken tárolási módban. A tárolt érték törléséhez a kondenzátort (tranzisztoros) kapcsolóval lehet kisütni.

Átlagérték képzése

Egyszerű átlagolást végez az alábbi áramkör τ=R₃C₁ időállandóval:

Az aluláteresztő szűrő a jel átlagértékét (DC komponensét) nem csillapítja, az ingadozásokat viszont csökkenti.

Az alábbi áramkör invertáló elrendezésű megoldást mutat, az időállandó τ=R₂C₁.

Valódi effektív érték képzése

Szinuszos jelek effektív értékét gyakran mérik egyenirányítást követő átlagolással, megfelelő faktor alkalmazásával. Ilyen elven működő műszer nem ad helyes eredményt más jelalakok esetén.

Analóg szorzó áramkörökkel előállítható jelek négyzetével és négyzetgyökével arányos feszültség is. Ez átlagolással kiegészítve az effektív érték definíciójának megfelelő műveleteket valósít meg bármilyen jelalak esetén. Az ilyen megoldást valódi effektív érték képzésnek (true root mean square, true RMS) nevezik.

Ennek megfelelő megoldás látható a következő ábrán:

Az M₁ analóg szorzó a jel négyzetét képzi, amit átlagol az ellenállásból és kondenzátorból álló szűrő. A műveleti erősítő az M₂ analóg szorzó segítségével biztosítja, hogy a kimeneti feszültség négyzete legyen egyenlő az aluláteresztő szűrő kimeneti jelével, következésképpen a kimeneti feszültség ennek négyzetgyökét adja meg. Természeten a műveletekhez normálófaktor is tartozik.

Bemenetek védelme

Az áramkörök bemenetei érzékenyek a túlvezérlésre, ami károsodást is okozhat. Túlvezérlés akkor is előfordulhat, ha az áramkör tápfeszültsége ki van kapcsolva, miközben egyébként normális szintű a bemeneti jel. Ha különböző tápfeszültségekről üzemelő fokozatok követik egymást, akkor a bekapcsolási sorrend is lehet kritikus. Ezen hatások ellen feszültség- és áramkorlátozással is lehet védekezni, amit diódákkal és ellenállásokkal lehet megvalósítani.

Diódákkal adott feszültséghez viszonyítva korlátozható a jelszint. Gyakran alkalmazzák ilyen célra a hagyományos szilicium diódák mellett a Schottky-diódákat és tranzisztorok bázis-kollektor diódáját is:

Dióda	Előnyök	Hátrányok
	Széles választékban érhető el Választható kisebb szaturációs áramú	Nagyobb nyitófeszültség, 0.6V
	Alacsony nyitófeszültség Gyors működés	Nagyobb szaturációs áram
	Nagyon alacsony szaturációs áram	Nagyobb nyitófeszültség, 0.6V Kisebb letörési feszültség

Invertáló bemeneti védelem

Az invertáló erősítőnél elegendő az invertáló bemeneten korlátozni a feszültséget diódákkal. Az R₁ ellenállás az erősítés beállítása mellett korlátozza a diódákra jutó áramot is:

A diódák kapacitása okozhat stabilitási problémákat, amit szükség esetén a visszacsatolókörbe kapcsolt kondenzátorral szüntethetünk meg.

A differenciális bemenetek védelme

Szükség lehet a bemenetekre jutó differenciális jel korlátozására is, mivel a bemeneti differenciálerősítő tranzisztorainak emitter-bázis feszültsége túl nagy negatív előfeszítést kaphatnak, ami károsodást okozhat. Több műveleti erősítőbe integrálnak ilyen védődiódákat, ebben az esetben komparátorként nem használhatók.

Az ellenállások biztonságos áramkorlátot kell adjanak, de értéküket érdemes alacsonyan tartani, hogy ne korlátozzák a sávszélességet és minél kisebb zajforrást jelentsenek. Ha az értékek különböznek, akkor a közös módusú elnyomás romolhat.

Nem-invertáló bemeneti védelem

A neminvertáló bemeneti jel a tápfeszültségeken belül tartható az alábbi kapcsolással:

Zener-diódákkal is korlátozható a bemenetre jutó feszültség, de figyelembe kell venni, hogy a korlátok itt nem függenek a tápfeszültségtől:

Műszererősítők bemeneti védelme

Műszererősítők összetettebb bemeneti védelmére mutat példát a következő megoldás:

Mivel a műszererősítő kimondottan precíz alkalmazásokhoz használatos, fontos az áramkorlátozó ellenállásokat egyforma és alacsony értéken tartani, a diódák szaturációs áramát kis értékűnek választani.

EMI/RFI védelem

A műveleti erősítős kapcsolások érzékenyek lehetnek elektromágnes interferenciára (EMI), a sávszélességüknél sokkal nagyobb rádiófrekvenciás interferenciára (RFI).

Hiába korlátozzuk egy kapcsolás sávszélességét, ha a bemeneti differenciálerősítőre elég nagy rádiófrekvenciás zavarjel jut, mert a tranzisztorok ekkor nagyfrekvenciás detektorként működhetnek. A tranzisztorok nemlineáris karakterisztikája miatt DC komponens jelenik meg, ami megváltoztatja a bemeneti munkaponti értékeket, a kimeneten is DC vagy lassan változó hibát okozhat. Ezt a jelenséget nevezik rádiófrekvenciás interferencia egyenirányításának (RFI rectification). Különböző erősítők különböző mértékben lehetnek érzékenyek.

Az alkalmazástól, pontossági igénytől függően lehet szükség védelemre, amit egyszerű RC aluláteresztő szűrővel oldhatunk meg.

Invertáló bemeneti RFI védelem

Az alábbi ábrán egy invertáló erősítő bemeneti védelme látható.

Nem-invertáló bemeneti RFI védelem

Neminvertáló esetén közvetlenül a bemenetre köthető a kondenzátor:

Műszererősítő bemeneti RFI védelem

Műszererősítőknél a két bemenetre jutó közös módusú jelről és a differenciális jelről is el kell távolítani a nagyfrekvenciás zavarjeleket:

A bemenetek közé kapcsolt kondenzátor lényegesen nagyobb (≥10x) kell legyen a másik két kondenzátornál, hogy hatékonyan csökkentse a két bemenetre jutó jel különbségét, ami a másik két bemeneti RC szűrő kissé különböző paraméterei miatt lép fel. Az ellenállások értéke kOhm nagyságrendjébe esik, C₂ 10nF-20nF körüli, C₁ általában ≤1nF. Az adatlapot és ajánlásokat érdemes követni adott integrált áramkör esetén.

Ezeknél a kapcsolásoknál is fontos a passzív komponensek értékét olyanra választani, ami nem okoz számíttevő DC vagy AC hibákat, többlet zajt.

Kimeneti RFI védelem

Bizonyos esetekben, például hosszabb vezetékek meghajtásakor szükség lehet a kimenetek interferencia elleni védelmére is. Erre mutat néhány példát az alábbi ábra: