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Dieser Abschnitt bietet einen Überblick über Operationsverstärker sowie ihre Anwendungen und Funktionsweisen. Werfen Sie auch einen Blick auf die Liste der 2 Hersteller von Operationsverstärker und deren Firmenranking.
Ein Operationsverstärker ist eine integrierte Schaltung mit zwei Eingangsanschlüssen und einem Ausgangsanschluss, die ein elektrisches Eingangssignal verstärken und ausgeben kann.
Er wird auch als Operationsverstärker bezeichnet. Durch die Gestaltung der zu verbindenden Schaltungselemente können Operationsverstärker nicht nur verstärken, sondern auch arithmetische Funktionen wie Addition, Subtraktion und Zeitintegration von Eingangsspannungen ausführen.
Analoge Verstärkerschaltungen, die diese Funktionen nutzen, sind heute weit verbreitet.
Es gibt eine Vielzahl von Schaltungen mit Operationsverstärkern, von denen die gängigsten im Folgenden aufgeführt sind.
Operationsverstärker werden im Bereich der Sensorverstärker eingesetzt, um verschiedene Mikrosignale, die von Mikrofonen, optischen Sensoren, Drucksensoren usw. ausgegeben werden, auf einen Signalpegel zu verstärken, der von einem A/D-Wandler verarbeitet werden kann. Um die Auswirkungen von Rauschen zu vermeiden, wird eine Differenzverstärkerkonfiguration verwendet oder ein Bandpassfilter, um Rauschen außerhalb des Frequenzbandes des Signals zu entfernen usw. Hier werden immer Operationsverstärker verwendet.
Operationsverstärker werden auch als Spannungsfolger eingesetzt. Hochohmige Signalquellen sind störanfällig und die Kabellängen können nicht erhöht werden. Der Einsatz von Operationsverstärkern ermöglicht die Verwendung längerer Kabel und reduziert die Rauscheinwirkung.
Ein Operationsverstärker besteht aus zwei Eingangsklemmen und einer Ausgangsklemme und hat die folgenden idealen Eigenschaften
In der Praxis beträgt die Leerlaufverstärkung mehr als 90 dB, der Eingangsstrom einige nA bis 1 µA und die Ausgangsimpedanz 0,1 Ω bis einige Ω. Im Prinzip kann man von den oben genannten Werten ausgehen.
Die beiden Eingangsanschlüsse des Operationsverstärkers haben außerdem die folgenden Funktionen
Die Typen von Operationsverstärkern lassen sich nach "Element", "Stromversorgungskonfiguration" und "Eigenschaften" einteilen.
Es gibt drei Arten von Operationsverstärkern, je nach den Elementen, aus denen die Schaltung besteht.
Operationsverstärker lassen sich nach der Art der Stromversorgung in die beiden folgenden Typen einteilen.
Es werden Operationsverstärker mit unterschiedlichen Eigenschaften angeboten, wobei die wichtigsten Eigenschaften von der Anwendung abhängen. Im Folgenden sind Beispiele für solche Geräte aufgeführt, die je nach den erforderlichen Spezifikationen entsprechend ausgewählt werden müssen.
Operationsverstärker haben spezifische Fehlerfaktoren für analoge Schaltungen. Darüber hinaus können sich Abweichungen von den im Abschnitt "Grundlagen der Operationsverstärker" beschriebenen idealen Eigenschaften nachteilig auf den Betrieb der Schaltung auswirken. Daher müssen Maßnahmen getroffen werden, um sie zu vermeiden. Spezifische Maßnahmen werden im Folgenden beschrieben.
Die folgenden weiteren Vorsichtsmaßnahmen sollten ebenfalls beachtet werden; für einzelne Maßnahmen wird auf die Fachliteratur oder die vom Hersteller des Operationsverstärkers bereitgestellte Dokumentation verwiesen.
Operationsverstärker haben eine extrem hohe Leerlaufverstärkung, so dass die verschiedenen im vorigen Abschnitt beschriebenen Funktionen durch eine geeignete Einstellung des Rückkopplungskreises von den Ausgangsklemmen zu den Eingangsklemmen erreicht werden können. Die folgenden zwei grundlegenden Verstärkerschaltungen mit Operationsverstärkern werden hier als konkrete Beispiele erläutert.
1. Invertierender Verstärker
Das Signal Vi ist über einen Widerstand Ri mit der invertierenden Eingangsklemme verbunden, und die invertierende Eingangsklemme und die Ausgangsklemme sind durch einen Widerstand Rf verbunden. Die nichtinvertierende Eingangsklemme ist direkt mit Masse verbunden. Das mit dieser Konfiguration erhaltene Ausgangssignal Vo ist (-Rf/Ri) × Vi." -" bedeutet, dass die Phase invertiert ist.
2. Nicht-invertierender Verstärker
Das Signal Vi wird direkt an die nichtinvertierende Eingangsklemme angeschlossen. Die invertierende Eingangsklemme ist über Ri mit Masse und über Rf mit der Ausgangsklemme verbunden. Das Ausgangssignal Vo in dieser Konfiguration ist (Rf/Ri) × Vi.
*einschließlich Lieferanten etc.
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