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Operationsverstärker
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Schaltungen
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copyright: C. Jacobs
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ENGLISH VERSION
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INDEX
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Betriebsspannung allgemein (Power Supply):
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In vielen Standardapplikationen werden Operationsverstärker dazu benutzt, periodische Signale um einen bestimmten
"zentralen" Wert zu verstärken. Da bei den meisten analogen Signalen positive und negative Phasen typischerweise
einen ähnlichen, gespiegelten Spannungsverlauf aufweisen (mehr oder weniger symmetrisch zu einem bestimmten Mittelwert),
muß auch dem Operationsverstärker eine "Mitten"-Spannung
zugeführt werden, damit positive und negative Halbwellen verstärkt werden können.
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Für diese Vorspannung wählt man deshalb im allgemeinen die Hälfte der gesamten Betriebsspannung
und führt sie dem nicht-invertierenden Eingang zu. Falls auch das Nutzsignal diesen Eingang verwendet
(beim nicht-invertierenden Verstärker), dann erfolgt die Vorspannung meist über hochohmige
Widerstände.
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Symmetrische Versorgung:
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Der einfachste Weg, einen OP mit den nötigen Spannungen zu versorgen, ist die Verwendung
eines symmetrischen
Netzteils. Auch wenn dessen Konstruktion etwas umständlicher ist, so reduziert sich die eigentliche
Verstärkerbeschaltung auf einige wenige Komponenten. Da das Potential der Masse hier bereits zwischen
+U und -U liegt, kann es zum Vorspannen des nicht-invertierenden Eingangs benutzt werden.
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Asymmetrische Versorgung:
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Wenn nur eine Betriebsspannung zur Verfügung steht, dann muß diese dritte "Mitten"-Spannung erst erzeugt werden.
Meist wird dafür ein einfacher Spannungsteiler verwendet. Der Nachteil dabei ist, daß beide
Widerstände (Ra,Rb) den nicht-invertierenden Eingangswiderstand reduzieren.
Eine bessere Lösung besteht darin, diesen Mittelwert über einen dritten, hochohmigen Widerstand dem
Eingang zuzuführen. Wird beim Spannungsteiler ein Kondensator hinzugefügt, so können mit dieser
Anordnung auch mehrere OPs die gleiche Vorspannung benutzen. Auch mit einer Zenerdiode oder einem Spannungsregler
kann die benötigte Vorspannung erzeugt werden.
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Hinweis:
Beziehen mehrere Operationsverstärker ihre Vorspannung aus einem gemeinsamen Teiler, dann
beeinflußt jeder einzelne rückwirkend die Spannungsquelle und damit die anderen Verstärker!
Besonders ausgeprägt zeigt sich dieses Fehlverhalten bei OP-Schaltungen, die Spannungsverlagerungen
aufweisen (Komparatoren, Schmitt-Trigger, Gleichrichter usw.). Abhängig von ihrem jeweiligen Zustand
verändern sie meist auch Kondensatorladungen oder die Spannung an Zenerdioden (!) und damit ebenfalls die
Arbeitsverhältnisse. Im allgemeinen sollte man diese Einsparung also vermeiden.
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Eine weiter Möglichkeit, die Betriebsspannung "aufzuteilen", ist mit einem zweiten Operationsverstärker.
Da dessen Ausgangsimpedanz sehr niedrig ist, wird dieser künstlich erzeugte Mittelwert in einigen
Anwendungen sogar als neue Masse verwendet (und so auch z.B. mit dem abschirmenden Gehäuse verbunden). Alle
Spannungen beziehen sich dann auf diesen "neuen" Nullpunkt.
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Verstärkungsfaktoren:
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Ohne Berücksichtigung der dynamischen Widerstände der (meist jedoch notwendigen) Kondensatoren, entspricht die
Verstärkung und die Eingangsimpedanz der jeweiligen Schaltung im Idealfall den folgenden Regeln:
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Für die meisten Analoganwendungen (ob invertierende oder nicht-invertierende Verstärkerschaltung,
symmetrische oder asymmetrische Versorgungsspannung) kann für die Praxis allgemein festgehalten werden:
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copyright 2004: Claude Jacobs
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