Operationsverstärker Odai Qawasmeh 12. Mai 2015 Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 1 / 17
Inhaltsverzeichnis 1 Allgemeines 2 Eigenschaften 3 Schaltungsarten Invertierender Verstärker Nichtinvertierender Verstärker Addierer Subtrahierer Impedanzwandler Schmitt-Trigger 4 Bezug zum Projekt 5 Quellen Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 2 / 17
Allgemeines dient zur Signalverstärkung besteht aus invertierendem und nichtinvertierendem Eingang und einem Ausgang Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 3 / 17
Allgemeines dient zur Signalverstärkung besteht aus invertierendem und nichtinvertierendem Eingang und einem Ausgang besitzt eine positive und negative Spannungsversorgung Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 3 / 17
Allgemeines dient zur Signalverstärkung besteht aus invertierendem und nichtinvertierendem Eingang und einem Ausgang besitzt eine positive und negative Spannungsversorgung ist frequenzabhängig Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 3 / 17
Allgemeines dient zur Signalverstärkung besteht aus invertierendem und nichtinvertierendem Eingang und einem Ausgang besitzt eine positive und negative Spannungsversorgung ist frequenzabhängig mit-/gegengekoppelt Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 3 / 17
Allgemeines dient zur Signalverstärkung besteht aus invertierendem und nichtinvertierendem Eingang und einem Ausgang besitzt eine positive und negative Spannungsversorgung ist frequenzabhängig mit-/gegengekoppelt Anwendungen: Aktiver Filter, Schwingungserzeuger, Schalterstufe Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 3 / 17
Allgemeines dient zur Signalverstärkung besteht aus invertierendem und nichtinvertierendem Eingang und einem Ausgang besitzt eine positive und negative Spannungsversorgung ist frequenzabhängig mit-/gegengekoppelt Anwendungen: Aktiver Filter, Schwingungserzeuger, Schalterstufe U A = V D U D (1) Abbildung: Unbeschalteter Operationsverstärker Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 3 / 17
Allgemeines dient zur Signalverstärkung besteht aus invertierendem und nichtinvertierendem Eingang und einem Ausgang besitzt eine positive und negative Spannungsversorgung ist frequenzabhängig mit-/gegengekoppelt Anwendungen: Aktiver Filter, Schwingungserzeuger, Schalterstufe U A = V D U D (1) Abbildung: Unbeschalteter Operationsverstärker Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 3 / 17
Abbildung: Innenschaltung des µa741 Operationsverstärkers Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 4 / 17
Eigenschaften(unbeschaltet) Eigenschaft ideal real Verstärkungsfaktor 10 6 Eingangswiderstand 100MΩ Ausgangswiderstand 0 20Ω Bandbreite 0 - bis 1MHz Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 5 / 17
Invertierender Verstärker Anschluss am negativen (invertierenden) Eingang Vorzeichenwechsel bei der Verstärkung Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 6 / 17
Invertierender Verstärker Anschluss am negativen (invertierenden) Eingang Vorzeichenwechsel bei der Verstärkung Verstärkung lediglich widerstandsabhängig Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 6 / 17
Invertierender Verstärker Anschluss am negativen (invertierenden) Eingang Vorzeichenwechsel bei der Verstärkung Verstärkung lediglich widerstandsabhängig Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 6 / 17
Invertierender Verstärker Anschluss am negativen (invertierenden) Eingang Vorzeichenwechsel bei der Verstärkung Verstärkung lediglich widerstandsabhängig Abbildung: Schaltbild eines invertierenden Verstärkers Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 6 / 17
Invertierender Verstärker Anschluss am negativen (invertierenden) Eingang Vorzeichenwechsel bei der Verstärkung Verstärkung lediglich widerstandsabhängig Abbildung: Schaltbild eines invertierenden Verstärkers Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 6 / 17
Bestimmung des Verstärkungsfaktors n k I k = 0 I 1 + ( I 2 ) = 0 Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 7 / 17
Bestimmung des Verstärkungsfaktors n k I k = 0 I 1 + ( I 2 ) = 0 I 1 = I 2 Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 7 / 17
Bestimmung des Verstärkungsfaktors n k I k = 0 I 1 + ( I 2 ) = 0 I 1 = I 2 R 1 = U A R 2 Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 7 / 17
Bestimmung des Verstärkungsfaktors n k I k = 0 I 1 + ( I 2 ) = 0 I 1 = I 2 R 1 = U A R 2 R 2 R 1 = U A Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 7 / 17
Bestimmung des Verstärkungsfaktors n k I k = 0 I 1 + ( I 2 ) = 0 I 1 = I 2 R 1 = U A R 2 R 2 R 1 = U A V = U A = R 2 R 1 Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 7 / 17
Bestimmung des Verstärkungsfaktors n k I k = 0 I 1 + ( I 2 ) = 0 I 1 = I 2 R 1 = U A R 2 R 2 R 1 = U A V = U A = R 2 R 1 Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 7 / 17
Nichtinvertierender Verstärker Anschluss am positiven Eingang im Gegensatz zum invertierenden Verstärker kein Vorzeichenwechsel Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 8 / 17
Nichtinvertierender Verstärker Anschluss am positiven Eingang im Gegensatz zum invertierenden Verstärker kein Vorzeichenwechsel auch hier ist die Verstärkung lediglich widerstandsabhängig Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 8 / 17
Nichtinvertierender Verstärker Anschluss am positiven Eingang im Gegensatz zum invertierenden Verstärker kein Vorzeichenwechsel auch hier ist die Verstärkung lediglich widerstandsabhängig Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 8 / 17
Bestimmung des Verstärkungsfaktors V = U A = V D U D U D = U 1 Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 9 / 17
Bestimmung des Verstärkungsfaktors V = U A = V D U D U D = U 1 Spannungsteiler anwenden: U 1 = R 1 R 1 +R 2 U A Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 9 / 17
Bestimmung des Verstärkungsfaktors V = U A = V D U D U D = U 1 Spannungsteiler anwenden: U 1 = R 1 R 1 +R 2 U A V = V D ( U 1 ) = V D (1 U 1 ) = V D (1 R 1 R 1 +R 2 UA ) Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 9 / 17
Bestimmung des Verstärkungsfaktors V = U A = V D U D U D = U 1 Spannungsteiler anwenden: U 1 = R 1 R 1 +R 2 U A V = V D ( U 1 ) = V D (1 U 1 ) = V D (1 R 1 R 1 +R 2 UA ) V = V D 1 R 1+ V D 1 = 1 R + 1 R 1 +R 2 V D R 1 +R 2 Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 9 / 17
Bestimmung des Verstärkungsfaktors V = U A = V D U D U D = U 1 Spannungsteiler anwenden: U 1 = R 1 R 1 +R 2 U A V = V D ( U 1 ) = V D (1 U 1 ) = V D (1 R 1 R 1 +R 2 UA ) V = V D 1 R 1+ V D 1 = 1 R + 1 R 1 +R 2 V D R 1 +R 2 V = R 1+R 2 R 1 Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 9 / 17
Bestimmung des Verstärkungsfaktors V = U A = V D U D U D = U 1 Spannungsteiler anwenden: U 1 = R 1 R 1 +R 2 U A V = V D ( U 1 ) = V D (1 U 1 ) = V D (1 R 1 R 1 +R 2 UA ) V = V D 1 R 1+ V D 1 = 1 R + 1 R 1 +R 2 V D R 1 +R 2 V = R 1+R 2 R 1 V = 1 + R 2 R 1 Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 9 / 17
Bestimmung des Verstärkungsfaktors V = U A = V D U D U D = U 1 Spannungsteiler anwenden: U 1 = R 1 R 1 +R 2 U A V = V D ( U 1 ) = V D (1 U 1 ) = V D (1 R 1 R 1 +R 2 UA ) V = V D 1 R 1+ V D 1 = 1 R + 1 R 1 +R 2 V D R 1 +R 2 V = R 1+R 2 R 1 V = 1 + R 2 R 1 Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 9 / 17
Addierer wird auch als Summierverstärker bezeichnet Erweiterung des invertierenden Verstärkers Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 10 / 17
Addierer wird auch als Summierverstärker bezeichnet Erweiterung des invertierenden Verstärkers mehrere Eingangsspannungen liegen an Anwendungen: Oberwellengenerator, AD-Umwandler, Erzeugen von Mischspannungen Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 10 / 17
Addierer wird auch als Summierverstärker bezeichnet Erweiterung des invertierenden Verstärkers mehrere Eingangsspannungen liegen an Anwendungen: Oberwellengenerator, AD-Umwandler, Erzeugen von Mischspannungen Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 10 / 17
Subtrahierer Subtraktion zweier Spannungen Subtraktion abhängig von der äußeren Beschaltung Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 11 / 17
Subtrahierer Subtraktion zweier Spannungen Subtraktion abhängig von der äußeren Beschaltung Berechnung von U A durch Summation der Ausgangsspannungen von 2 Teilsystemen Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 11 / 17
Subtrahierer Subtraktion zweier Spannungen Subtraktion abhängig von der äußeren Beschaltung Berechnung von U A durch Summation der Ausgangsspannungen von 2 Teilsystemen Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 11 / 17
Impedanzwandler andere Bezeichnung: Spannungsfolger Rückkopplung der Ausgangsspannung auf Eingang Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 12 / 17
Impedanzwandler andere Bezeichnung: Spannungsfolger Rückkopplung der Ausgangsspannung auf Eingang = U A und V = 1 Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 12 / 17
Impedanzwandler andere Bezeichnung: Spannungsfolger Rückkopplung der Ausgangsspannung auf Eingang = U A und V = 1 Anwendungsbeispiel: Messung der Ladung eines Kondensators Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 12 / 17
Impedanzwandler andere Bezeichnung: Spannungsfolger Rückkopplung der Ausgangsspannung auf Eingang = U A und V = 1 Anwendungsbeispiel: Messung der Ladung eines Kondensators Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 12 / 17
Schmitt-Trigger liefert abhängig vom Eingangspegel einen definierten Ausgangspegel Ausgang high, wenn Eingangspegel eine Spannung U H überschreitet Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 13 / 17
Schmitt-Trigger liefert abhängig vom Eingangspegel einen definierten Ausgangspegel Ausgang high, wenn Eingangspegel eine Spannung U H überschreitet Ausgang low, wenn Eingangspegel eine Spannung U L unterschreitet Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 13 / 17
Schmitt-Trigger liefert abhängig vom Eingangspegel einen definierten Ausgangspegel Ausgang high, wenn Eingangspegel eine Spannung U H überschreitet Ausgang low, wenn Eingangspegel eine Spannung U L unterschreitet Übergang zwischen LOW / HIGH mittels steiler Flanke Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 13 / 17
Schmitt-Trigger liefert abhängig vom Eingangspegel einen definierten Ausgangspegel Ausgang high, wenn Eingangspegel eine Spannung U H überschreitet Ausgang low, wenn Eingangspegel eine Spannung U L unterschreitet Übergang zwischen LOW / HIGH mittels steiler Flanke Spannung U zwischen U L und U H : Hysterese Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 13 / 17
Schmitt-Trigger liefert abhängig vom Eingangspegel einen definierten Ausgangspegel Ausgang high, wenn Eingangspegel eine Spannung U H überschreitet Ausgang low, wenn Eingangspegel eine Spannung U L unterschreitet Übergang zwischen LOW / HIGH mittels steiler Flanke Spannung U zwischen U L und U H : Hysterese Anwendung: Digitaltechnik, verrauschtes digitales Signal verbessern Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 13 / 17
Schmitt-Trigger liefert abhängig vom Eingangspegel einen definierten Ausgangspegel Ausgang high, wenn Eingangspegel eine Spannung U H überschreitet Ausgang low, wenn Eingangspegel eine Spannung U L unterschreitet Übergang zwischen LOW / HIGH mittels steiler Flanke Spannung U zwischen U L und U H : Hysterese Anwendung: Digitaltechnik, verrauschtes digitales Signal verbessern Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 13 / 17
Bezug zum Projekt Benötigen wir einen Operationsverstärker? Welche Vorteile hat ein Operationsverstärker? Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 14 / 17
Verzerrer/Kompressor Vorteile gegenüber Transistoren: einfachere und verständlichere Schaltung lineare Verstärkung Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 15 / 17
Verzerrer/Kompressor Vorteile gegenüber Transistoren: einfachere und verständlichere Schaltung lineare Verstärkung einzelne Verschaltung der Transistoren komplex Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 15 / 17
Verzerrer/Kompressor Vorteile gegenüber Transistoren: einfachere und verständlichere Schaltung lineare Verstärkung einzelne Verschaltung der Transistoren komplex billiger Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 15 / 17
Verzerrer/Kompressor Vorteile gegenüber Transistoren: einfachere und verständlichere Schaltung lineare Verstärkung einzelne Verschaltung der Transistoren komplex billiger Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 15 / 17
Abbildung: Innenschaltung des µa741 Operationsverstärkers Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 16 / 17
Quellen http://www.mikrocontroller.net/articles/schmitt-trigger http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210153.htm http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210141.htm http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210151.htm http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0209241.htm http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210152.htm http://service.projektlabor.tu-berlin.de/onlinekurs/ schaltungshilfe/subtrahierer.htm http://service.projektlabor.tu-berlin.de/onlinekurs/ schaltungshilfe/der-operationsverstaerker.htm http://www2.informatik.uni-freiburg.de/~frank/latex-kurs/ latex-kurs-3/latex-kurs-3.html http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/28/ OpAmpTransistorLevel_Colored_DE.svg Odai Qawasmeh Operationsverstärker 12. Mai 2015 17 / 17