Handout - Der Operationsverstärker
1 Aufbau
Der Operationsverstärker ist ein Spannungsverstärker, der die Differenz der angelegten Eingangsspannungen (+/-) verstärkt.
Dabei wird der OPV meist mit einer Symmetrischen Betriebsspannung±UB
versorgt, womit am Ausgang Signale beliebiger Polarität erzeugt werden können.
Abbildung 1: Schaltzeichen
2 Eigenschaften
Die Vorteile des OPV sind durch seinen internen Aufbau ein sehr hoher Eingangswiderstand und somit ein sehr geringer Eingangsstrom was angelegte Signale kaum belastet.
Und das Ausgangssignal durch den geringen Ausgangswiderstand unabhängig von der angelegten Last ist.
Der OPV kann dabei in drei verschiedenen Betriebsarten betrieben werden, was durch die äußere Beschaltung festgelegt werden kann.
• ohne Rückkopplung, d.h. das Ausgangssignal wird nicht auf den Ein- gang zurückgeführt (Komparator)
• mit Mitkopplung, das Ausgangssignal wird auf den nichtinvertierenden Eingang zurückgeführt (Schmitt-Trigger)
• mit Gegenkopplung, das Ausgangssignal wird auf den invertierenden Eingang zurückgeführt (Verstärker)
2.1 Idealer und realer OPV
Idealer OPV Realer OPV
Leerlaufverstärkung[V0] ∞ 104−105
Gleichtaktverstärkung[VG] 0 0,2
Gleichtaktunterdrückung[CM RR] ∞ 104−1010
Slew Rate[SR] ∞ 50V /ns−1V /µs
Eingangswiderstand[Re] ∞ 1MΩ−100MΩ
Ausgangswiderstand[Ra] 0 ≤200Ω
Eingangsstrom[IBias] 0 1pA−100µA
Aussteuerungsbereich[U] ±UB ≈ ±UB−3V
Frequenzverhalten linear Tiefpass
Ue1 Ua
Ue2 Ud
Abbildung 2:
Operationsverstärker
Ua [V]
Ud [µV]
10
-10 50 -50
Abbildung 3: Kennline
3 Funktion und Anwendungen
Durch die Beschaltung können OPVs als Verstärker von Signalen, zu Rechnenoperationen wie addieren, subtra- hieren, differenzieren und integrieren, aber auch als Strom-Spannungswandler oder Impedanzwandler verwendet werden.
11. November 2014 Michael Bunk
Handout - Der Operationsverstärker
4 Grundschaltungen
Ue Ua
Abbildung 4: Impedanzwandler
Ue Ua
R2
R1
Abbildung 5: Nichtinvertierender Verstärker
Ue Ua
R2 R1
Abbildung 6: Invertierender Ver- strärker
V = Ua
Ue
= 1 Ua =Ue
V =Ua
Ue = R1+R2
R1 = 1+R2
R1 Ua =
1 + R2
R1
·Ue
V = Ua
Ue
=−R2
R1
Ua =−R2
R1
·Ue
Ue1 Ua
R2 R11
Ue2
R12
Ue3
R13
Abbildung 7: Invertierender Summierverstärker
Ue1 Ua
R2
R3 Ue2
R1
R4
Abbildung 8: Differenzierverstärker Ua =−R2·
Ue1 R11
+ Ue2 R12
+ Ue3 R13
Ua= (R1+R2)R4
(R3+R4)R1·Ue1−R2
R1·Ue2
Ue Ua
C
R
Abbildung 9: Integrierer
Ue Ua
C
R
Abbildung 10: Differenzierer
Ue1 Ua
Ue2
Abbildung 11: Komparator
Ua=− 1 RC ·
t
Z
0
Ue(τ)dτ+Ua(0) ua=−RC·dtdue
Literatur
[1] Prof. Dr.-Ing. Reinhold Orglmeister, Analog- und Digitalelektronik, TU Berlin, 2012.
[2] http://de.wikipedia.org/wiki/Operationsverstärker, Operationsverstärker, 2014-11-05.
[3] http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0209092.htm, Operationsverstärker, 2014-11-05.
[4] http://www.falstad.com/circuit/, Circuit Simulator, 2014-11-05.
11. November 2014 Michael Bunk
