Operationsverstärker I.117

Ersatzschaltung I.113

Auch ein Operationsverstärker lässt sich Näherungsweise durch eine Ersatzschaltung (siehe Abbildung cap:Operationsverst=E4rker-Ersatzschaltung) beschreiben. Zu beachten ist hier, das die Ausgangsspannung keinen höheren (bzw. niedrigeren) Wert als die Betriebsspannung erreichen kann. Innerhalb dieser Grenzen ist die Ersatzschaltung allerdings ziemlich gut. Die Betriebsspannung wird in Standard Schaltbildern aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht mit eingezeichnet. Üblicherweise werden Operationsverstärker mit einer Symmetrischen Betriebsspannung von $\pm12V$ versorgt. Die meisten OP's haben noch weitere Eingänge, die uns hier aber nicht weiter interessieren.

Figure: Nicht übersteuerter Operationsverstärker als spannungsgesteuerte Spannungsquelle.

Kenngrößen I.117

Um OP (Operationsverstärker) Schaltungen einfacher analysieren zu können, geht man von folgenden Idealen Werten aus.

• $R_{E}=\infty\Omega$ Eingangswiderstand
• $R_{A}=0\Omega$ Ausgangswiderstand
• $v_{E}=\infty$ Spannungsverstärkungsfaktor $\left(U_{A}=v_{E}U_{E}\right)$
• $U_{E}=0V$ Eingangsspannung (wenn $\left\vert U_{A}\right\vert<\left\vert U_{Versorgung}\right\vert$bzw. OP korrekt Rückgekoppelt)
• $I_{E}=0A$ Eingansstrom (Am Plus und Minuseingang)
• $U_{DCoffset}=0V$ Offsetspannung (Ausgang um $U_{DCoffset}$ aus der Ruhelage verschoben)
• $\pm U_{AMax}=\pm U_{Versorgung}$

Standardschaltungen mit Rückkopplung I.120

Das Prinzip der Rückkopplung wird bei Operationsverstärkern sehr häufig angewandt, da man mit der (starken Fertigungstoleranzen unterliegenden) großen Leerlaufverstärkung meist wenig anfangen kann. Allerdings lässt sich die Verstärkung durch Rückkopplung drastisch senken und auch auf einen festen Wert stabilisieren, unabhängig von der Leerlaufverstärkung. Hierzu folgende Standardschaltungen (siehe Abbildung cap:OP-Standard-R=FCckkopplungsarten), die sich aller sehr gut mit den unter vorgestellten Vereinfachungen berechnen lassen.

Figure: Standard Rückkopplungsarten von Operationsverstärkern

Komperatorschaltung I.119

Wenn ein OP nicht rückgekoppelt wird, arbeitet er üblicherweise in Leerlaufverstärkung. Das bedeutet, das bereits eine Minimale Spannung am Eingang ausreicht, um den Ausgang auf sein Maximum zu bringen. Dies nutzt man aus, wenn einen nur das Vorzeichen einer Spannung interessiert. Wenn $U_{E}>0\Rightarrow U_{A}=+U_{Versorgung}$ und $U_{E}<0\Rightarrow U_{A}=-U_{Versorgung}$. Dies wird z.B. ausgenutzt, um einen analogen Spannungsverlauf zu Digitalisieren.

Kopplungsarten I.120

Mitkopplung

Signal wird vom Ausgang so zurück gekoppelt, dass es das Eingangssignal verstärkt. Anwendung bei Schmitttrigger (Komparator mit Hysteresekurve).

Gegenkopplung

Signal wird vom Ausgang so zurück gekoppelt, dass es das Eingangssignal abschwächt. Anwendung bei gesteuerten Quellen (Verstärkern).