Operationsverstärker - OPV

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1 Operationsverstärker - OPV

2 Gliederung: 1. Allgemeines Funktionsprinzip a.) Was ist ein OPV? b.) Wie funktioniert der OPV? c.) Regelung 2. Innerer Aufbau 3. OPV Grundschaltungen a.) Invertierender Verstärker b.) Nicht-Invertierender Verstärker c.) Differenzverstärker d.) Integrierer e.) Impedanzwandler f.) Komparator g.) Schmitt-Trigger 4. Anwendungsbeispiel a.) LMC555 b.) Puls-Weiten-Modulation 5. Kleines Fragespiel

3 Was ist ein OPV? Idealer OPV Realer OPV

4 Was ist ein OPV? Diverse OPV-Gehäuse:

5 Regelung Mitkopplung Seltene Anwendung Hochschaukeln des OPV Maximale Anstiegsrate Gegenkopplung Vielfache Anwendung Stabilisiert Erhöhung der Bandbreite Differenzspannung( UD ) wird zu Null geregelt Schmitt-Trigger UD Invertierender Verstärker UD

6 Innerer Aufbau Prinzipschaltung: Differenzverstärkung(gelb) am Eingang => Steuerstrom pnp Steuerstromverstärkung(orange) Treiberstufe(blau) schaltet Betriebsspannung an Ausgang => Spannung Sehr hoher Eingangswiderstand Niederohmiger Ausgang npn npn pnp

7 Grundschaltungen Invertierender Verstärker UD 0 Grenzwertbetrachtung möglich (R 0, R ) Verstärkung immmer auf Versorgungsspannung begrenzt UD Verstärkung: V = R2/R1 Ue = V*Ua

8 Grundschaltungen Nichtinvertierender Verstärker Ähnlich dem Invertierenden Verstärker Teilspannung über R1 wird an Eingang angeregelt Min. Verstärkung bei V = 1 UD 1 UT 2

9 Differenzverstärker / Subtrahierverstärker Verstärkt quasi invertierend und nichtinvertierend All-in-One: Anwendung: Störungen auf 2 symmetrischen Signalen raus-rechnen nichtinvers invers fferential_amplifier.svg/220px-differential_amplifier.svg.png

10 Integrierer frequenzabhängige Gegenkopplung aktiver Filter OPV lädt C über R Ue = I C R 1 U C = U e dt RC 1 U a = U e dt RC

11 Impedanzwandler/ Spannungsfolger Verstärkung: V = 1 Hohe Eingangsimpedanz Minimale Ausgangsimpedanz Stabilisiert Spannungen

12 Impedanzwandler/ Spannungsfolger Wheatstone Messbrücke Beispiel: empfindliche Messbrücke Hohe Eingangsimpedanz verhindert Messverluste Verhindert Messfehler Getrennte Versorgung

13 Der Komparator Schaltverhalten Prinzipschaltung-Komparator

14 Komparatorschaltung Unterschied zum OPV? keine Frequenzkompensation keine Gegenkopplung hohe Flankensteilheit(Slew rate) niedrigere Verstärkung

15 Schmitt-Trigger OPV-Beschaltung Schaltzeichen Hysterese-Smbol 2 Schaltschwellen Mitkopplung verändert alles Nicht invertierender Fall Hysterese: Differenz zwischen den Schwellspannungen

16 Schmitt-Trigger Ideale Übertragungskennlinie - Nichtinvertierend Ausgang kennt nur 2 Zustände(Ua,max / Ua,min) Slew-Rate des OPV bestimmt Schaltzeit Anwendung: in fast jeder digitalen Verarbeitungsschaltung als Eingangsstufe Tiefpassverhalten langer Kabelstrecken stört Signale Wiederaufbereiter und Signalverstärker

17 Schmitt-Trigger Vergleich Komparator(A) zu Schmitt-Trigger(B) Eingangsspannung Komparator-Ausgangsspannung Schaltet immer sofort kann unkontrolliert schwingen Schmitt-Trigger-Ausgangsspannung svg/220px-smitt_hysteresis_graph.svg.png Sinus-Rechteck-Wandler puffert Signal-Schwankungen

18 Anwendungsbeispiel LMC555 CMOS-Variante des Ne555 astabiler Multivibrator Monoflop Pulsweitenmodulation /Dimmerschaltung besser als NE555 für Akkubetrieb geeignet 23 Transistoren, 15 Widerstände und 2 Dioden

19 LMC555-Anschlussbelegung Pins: 1. GND Elko/Kerko* stabilisieren Betriebsspannung 2. Trigger Triggerspannung < 1/3 Vcc Out auf High 3.Output rail-to-rail-fähig min. Ausgangsstrom erfordert Treiberstufe 4. Reset bei Low-Pegel(GND), sonst auf +Vcc 5. Control Voltage Regelt die interne Zykluszeit Entstörung gegen GND sinnvoll 6. Treshold-Voltage >2/3 Vcc Out auf Low *Elko/Kerko = Elektrolyt/Keramikkondensatoren 7. Discharge Open Kollektor Ausgang 8. +Vcc

20 LMC555-Innenbeschaltung

21 LMC555-Rechteckgenerator

22 Quellen

23 Differenzierer

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