Operationsverstärker OPV

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Kora Winter
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1 Operationsverstärker OPV Quelle:1 Houssein Zreik Betreuer : Ulrich Pötter 3/5/2010

2 Übersicht Geschichte Schaltsymbole Struktur Ansteuerung Temperaturbereich Idealer/Realer OPV Übertragungskennlinie Verstärkung Rückkopplung Anwendungen Quellen 2

3 Geschichte : Bau der ersten Differenzverstärker um 1930 Operational Amplifier Operationsverstärker Erster stromgegengekoppelte Operationsverstärker Entwickler: David Nelson Zunahme der Stückzahlen führte zur Preissenkung der Bauteile 3

4 Schaltsymbole: DIN T.10 (veraltet) DIN T.13 (aktuell) Quelle :2 4

5 Struktur : 1. Eingangsstufe(Differenzverstärker) 2. Verstärkerstufe 3. Kurzschlusssicherung 4. Die Endstufe(Gegentaktverstärker): liefert kräftige Ausgangsströme bei niedrigem Innenwiderstand Quelle:3 5

6 Ansteuerung wird oft symmetrisch mit zwei identischen Gleichspannungen betrieben. Bei manchen Anwendungen mit nur einer Gleichspannung Der Minusanschluss wird dann mit dem GND der Betriebsspannung verbunden. Für jeden Operationsverstärkertyp werden andere Speisespannungsanschlüsse geschalten Quelle :4 6

7 Temperaturbereich Integrierte Operationsverstärker : Bereich der Umgebungstemperatur von 0 bis 70 C bis hin zu -55 bis 125 C. Oder spezielle Typen für Umgebungstemperaturen von mehr als 200 C, beispielsweise der Vierfachoperationsverstärker HT

8 Vergleichstabelle Kenngröße Idealer Operationsverstärker Realer Operationsverstärker Verstärkungsfaktor V unendlich ca Eingangswiderstand R e unendlich Ω 1 ΜΩ bis 1000 MΩ Untere Grenzfrequenz f min 0 Hz 0 Hz Unitity-Gain-Frequenz- Bandbreite unendlich Hz > 100 MHz Gleichtaktverstärkung V Gl 0 ca. 0,2 Gleichtaktunterdrückung G unendlich ca Rausch- Ausgangsspannung U rausch 0 V ca. 3 µv Quelle :5 8

9 Übertragungskennlinie: Quelle :6 9

10 Verstärkung Geradeausverstärkung: Ua = VG (UP UN) = VG UD VG = Ua / UD Sehr hoch (über ) Zur Begrenzung: Teil der Ausgangsspannung auf einen Eingang zurückführen (Rückkopplung) 10

11 Rückkopplung: Gegenkopplung: Mitkopplung: Ein Teil des Ausgangssignals wird an den invertierenden Eingang zurückgeführt. UD wird auf Null gehalten Beschränkung der maximalen Verstärkung Ein Teil des Ausgangssignals wird an den nicht Invertierenden Eingang zurückgeführt. Verstärkung wird immer höher Es kommt zur Sättigung, d.h. zur Ausgangsspannung wird nur durch die obere oder untere Betriebsspannung begrenzt. 11

12 Anwendungen: Invertierender Verstärker Invertierender Addierer/Summierverstä rker Quelle :7 Quelle :8 12

13 Strom-Spannungs- Wandler Nichtinvertierender Verstärker Quelle :9 Quelle :10 13

14 Impedanzwandler Differenzverstärker / Subtrahierverstärker Quelle :11 Quelle :12 14

15 Instrumentenverstärker Integrierer Quelle :13 Quelle :14 15

16 Differenzierer Logarithmus und Exponentialfunktion Quelle :15 Quelle :16 16

17 Quellen: am am U. Tietze, Ch. Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik, Seite 483 Bilder : 1. am am am am am U. Tietze, Ch. Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik, Seite am am am am am am am am am am

18 Danke für Ihre Aufmerksamkeit Fragen?

19 Handout Funktion: zwei Eingänge: einer invertierend (-), der andere nichtinvertierend (+) OPV versucht Differenzspannung zwischen den Eingängen auf 0V zu bringen wenn ( ) Eingang größer als plus => Ausgangsspannung = negativ wenn (+) Eingang größer als Minus => Ausgangsspannung = positiv Möglichkeiten: je nach Beschaltung bekommt man ein OPV Verstärkung und Vergleich von Signalen Ausführung mathematischer Operationen Wichtige Kennwerte: sehr großer Eingangswiderstand (Mega Ohm) sehr kleiner Ausgangswiderstand (weinige Ohm) sehr große Verstärkung (V= db) Arten : Impedanzwandler,Komparato,Invertierender,Verstärker Addierer/ Summierverstärker Differenz-/Subtrahierverstärker,Integrator,Differenzierer,Strom-Spannungswandler 19

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