OperationsverstÃ¤rker

Zum Forum
Passwort vergessen? Noch keinen Account?

lexikon

Hauptseite

Zufälliger Artikel

Diskussion

Diskussion : OperationsverstÃ¤rker

Links

Forum

Portale

Reisen

Versicherung

Inhaltsverzeichnis

Hauptmenü

Home

Bildung

Wissen

--------------------------

Reisen

Lexikon

Versicherung

Suchen

News

Treffpunkt

Chat

Forum

Suche

Schnellsuche

Sitemap

Kontakt

Impressum

OperationsverstÃ¤rker

Stichpunkte

Allgemein
	Bild nicht gefundenSchaltsymbol eines OperationsverstÃ¤rkers Der OperationsverstÃ¤rker (Abk
	OP
	OpAmp) ist ein Bauelement
	OV
	welches seinen Einsatz im Bereich der Elektronik findet
	OPV
	und einen Ausgang
	einen invertierenden und einen nichtinvertierenden Eingang
	Er besitzt zwei EingÃ¤nge
	Die Funktion des OPs lÃ¤sst sich in einem groÃŸen Bereich durch seine Ã¤uÃŸere Beschaltung bestimmen und verÃ¤ndern
	Seinen Namen hat er noch aus der Zeit der elektronischen Analogrechner
	Der Name stammt von einem seiner ersten Einsatzgebiete
	"Verbergen") 1 Geschichte 2 Aufbau 3 Funktion 4 Kennwerte 4.1 Idealer OperationsverstÃ¤rker 4.2 Realer OperationsverstÃ¤rker 5 Verwendungszwecke 5.1 invertierender VerstÃ¤rker 5.2 nichtinvertierender VerstÃ¤rker (ElektrometerverstÃ¤rker) 5.3 Addierer 5.4 Impedanzwandler / Spannungsfolger 5.5 DifferenzverstÃ¤rker / SubtrahierverstÃ¤rker 5.6 Integrator 5.7 Differenzierer 6 Berechnung von OP Schaltungen [Bearbeiten]
	Mit ihm wurden mathematische Berechnungen (so genannte "Operationen") ausgefÃ¼hrt. Inhaltsverzeichnis showTocToggle("Anzeigen"
Geschichte
	Die ersten OperationsverstÃ¤rker wurden mit Hilfe von ElektronenrÃ¶hren aufgebaut
	Deren Entwicklung erlaubte den Aufbau praktischer VerstÃ¤rkerschaltungen
	Eine weitere wichtige Voraussetzung war die RÃ¼ckkopplungstheorie von Harold S
	Black und die Arbeiten von Harry Nyquist und Hendrick Bode
	und die Entwicklung konzentrierte sich zunÃ¤chst auf VerstÃ¤rker fÃ¼r wehrtechnische Anwendungen
	wie z.B
	Damit waren zu Beginn des zweiten Weltkriegs die Elemente fÃ¼r die Entwicklung von OperationsverstÃ¤rkern vorhanden
	GeschÃ¼tzsteuerungen (z.B
	entwickelt von den Bell Labs in den USA)
	M9 gun director system
	Seinen englischen Namen "Operational Amplifier" erhielt er 1947 von Prof
	John Ragazzini von der Columbia University in New York; der deutsche Name "OperationsverstÃ¤rker" ist davon abgeleitet
	Heute wird meist die AbkÃ¼rzung Op Amp verwendet
	Die Entwicklung nach dem zweiten Weltkrieg verlief hin zu fertigen Modulen
	zunÃ¤chst noch auf RÃ¶hrenbasis (z.B
	Philbrick Modell K2-W)
	Als brauchbare Transistoren verfÃ¼gbar waren
	wurden auf ihrer Basis erheblich kleinere und stromsparendere Module entwickelt (z.B
	Philbrick Modell P45)
	bei der die unverpackten Transistoren als Chips zusammen mit anderen Bauelementen auf einem Keramiksubstrat montiert sind (z.B
	Eine weitere Verkleinerung wurde durch die Hybridtechnik ermÃ¶glicht
	Analog Devices HOS-050)
	Mit der Entwicklung der integrierten Schaltkreise wurde dann ab 1962 die Fertigung eines kompletten OperationsverstÃ¤rkers auf einem einzigen Chip mÃ¶glich (Robert Widlar)
	und es sind inzwischen MilliardenstÃ¼ckzahlen von OperationsverstÃ¤rkern im Einsatz. [Bearbeiten]
	Dies ist heute mit wenigen Ausnahmen die bevorzugte Bauform
Aufbau
	Der innere Aufbau eines OPs besteht zu allererst aus einem DifferenzverstÃ¤rker zwischen den beiden EingÃ¤ngen
	Dahinter befindet sich eine VerstÃ¤rkerschaltung mit einer sehr hohen VerstÃ¤rkung (Stromspiegel)
	um am Ausgang eine genÃ¼gend groÃŸe Leistung bereit zustellen
	AbschlieÃŸend existiert meist noch eine Leistungsendstufe
	werden heute aber ausschlieÃŸlich als integrierte Schaltung gefertigt. [Bearbeiten]
	Die einzelnen Teilschaltungen sind als Transistoren ausgefÃ¼hrt
Funktion
	Ohne jegliche zusÃ¤tzliche Beschaltung liegt am Ausgang die volle positive oder negative Betriebsspannung an
	abhÃ¤ngig von den anliegenden Spannungen an den EingÃ¤ngen
	Liegt am invertierenden Eingang eine hÃ¶here Spannung als am nicht invertierenden
	liegt der Ausgang auf negativer Betriebsspannung
	kann am Ausgang die positive maximale Spannung gemessen werden
	Ist die Eingangsspannung genau anders herum
	um den OP kippen zu lassen
	Dies liegt daran
	dass durch den DifferenzverstÃ¤rker und die anschlieÃŸende groÃŸe VerstÃ¤rkung schon eine sehr kleine Spannungsdifferenz ausreicht
	In dieser Betriebsart arbeitet der OperationsverstÃ¤rker als Komparator (auch Schwellwert-Diskriminator genannt) und wird etwa in ADCs eingesetzt
	auch andere Ausgangsspannungen zwischen den beiden Endwerten zu erreichen
	Theoretisch ist es mÃ¶glich innerhalb eines Bereichs von wenigen mV oder weniger zwischen den beiden EingÃ¤ngen
	Durch unterschiedliche AuÃŸenbeschaltungen des OperationsverstÃ¤rkers jedoch lassen sich die unterschiedlichsten Operationen durchfÃ¼hren
	Addierer und Subtrahierer oder auch einfach nur VerstÃ¤rkerschaltungen mit einem vorher bestimmbaren Eingangsspannungsbereich
	Beispielsweise Integrator und Differenzierer
	Diese Schaltungen werden auch heute noch verwendet
	um beispielsweise einfache Regler aufzubauen (siehe Regelungstechnik)
	Auch Filter wie Hochpass
	Tiefpass oder Schmitt-Trigger lassen sich mit Hilfe des OPs aufbauen. [Bearbeiten]
Kennwerte
	Ein OP benÃ¶tigt eine positive und eine negative Betriebsspannung
	Es existieren mittlerweile jedoch auch Typen
	die mit nur einer Betriebsspannung auskommen
	I_{B+}<math> die Grenzkreisfrequenz <math> omega _G<math> (resp
	Weitere Merkmale sind: der Eingangswiderstand <math>r_e<math> der Ausgangswiderstand <math>r_a<math> die LeerlaufverstÃ¤rkung <math>V_{0}<math> der Eingangsruhestrom <math>I_{E}<math> der maximale Ausgangsstrom <math>I_{A}<math> die Offset-Spannung <math>U_{rm Offset}<math> die LeckstrÃ¶me der EingÃ¤nge <math>I_{B-}
	Transitkreisfrequenz <math> omega _T<math>) das Rauschen [Bearbeiten]
Idealer OperationsverstÃ¤rker
	FÃ¼r ideale OPs gelten folgende Werte: Eingangswiderstand <math>r_e = infty<math> Ausgangswiderstand <math>r_a = 0<math> VerstÃ¤rkung <math>v = infty<math> und nicht frequenzabhÃ¤ngig Offset-Spannung <math>U_{rm Offset} = 0<math> LeckstrÃ¶me <math>I_{B-}=I_{B+}=0<math> der EingÃ¤nge Grenzfrequenz <math> omega _G = infty<math> kein Rauschen [Bearbeiten]
Realer OperationsverstÃ¤rker
	Bei realen OPs ergeben sich durch Unsymmetrien
	sich aber doch merklich von ihnen unterscheiden. Eingangswiderstand <math>r_e<math> bei einigen Megaohm Ausgangswiderstand <math>r_a<math> im Bereich von 100 Ohm VerstÃ¤rkung V bei 10.000 und frequenzabhÃ¤ngig Offset-Spannung <math>U_{rm Offset}<math> bei einigen Milli-Volt LeckstrÃ¶me <math>I_{B-}=I_{B+}<math> der EingÃ¤nge bei einigen Nano-Ampere Transitkreisfrequenz <math> omega _T<math> bei etwa 10.000 Hz Rauschen vorhanden FÃ¼r die meisten einfacheren Schaltungen kÃ¶nnen LeckstrÃ¶me (respektive EingangswiderstÃ¤nde) und Offsetspannung vernachlÃ¤ssigt werden
	durch Unreinheiten im Halbleitermaterial und durch Produktionsschwankungen Werte
	die denen eines idealen OperationsverstÃ¤rkers nahe kommen
	sie nehmen erst bei empfindlichen VerstÃ¤rkerschaltungen eine bedeutende Stellung ein. [Bearbeiten]
Verwendungszwecke
	Wie schon erwÃ¤hnt bietet der OP eine groÃŸe Bandbreite an mÃ¶glichen Verwendungen
	Lediglich die Beschaltung bestimmt Ã¼ber die endgÃ¼ltige Funktion
	Bei diesen einfachen Schaltungen wird immer von einem idealen OperationsverstÃ¤rker ausgegangen
	ZusÃ¤tzlich zu den hier aufgefÃ¼hrten Beispielen gibt es weitere Schaltungen und MÃ¶glichkeiten
	in denen hohe Genauigkeiten erforderlich sind. [Bearbeiten]
	AuÃŸerdem existieren spezielle Schaltungen fÃ¼r Gebiete
invertierender VerstÃ¤rker
	Bild nicht gefunden Beschaltung eines invertierenden VerstÃ¤rkers Diese Schaltung verstÃ¤rkt die Eingangsspannung mit dem VerstÃ¤rkungsfaktor v und invertiert sie zusÃ¤tzlich
	Damit hier eine geeignete VerstÃ¤rkung einstellbar ist
	wird eine Teilspannung vom Ausgang Ã¼ber einen Widerstand zurÃ¼ckgefÃ¼hrt. <math>Ua =-Ue cdot { R2 over R1}<math> [Bearbeiten]
*nichtinvertierender VerstÃ¤rker (ElektrometerverstÃ¤rker)*
	Bild nicht gefunden Beschaltung eines nichtinvertierenden VerstÃ¤rkers Diese Schaltung ist mit dem invertierenden VerstÃ¤rker vergleichbar
	verÃ¤ndert die PolaritÃ¤t der Eingangsspannung jedoch nicht
	Auch hier wird die Ausgangsspannung zurÃ¼ckgefÃ¼hrt auf den invertierenden Eingang
	Dadurch lÃ¤sst sich wiederum mit Hilfe der beiden WiderstÃ¤nde eine VerstÃ¤rkung festlegen. <math>Ua = Ue cdot [1+ {R2 over R1}] <math> [Bearbeiten]
Addierer
	Bild nicht gefunden Beschaltung eines Addierer Bei einem Addierer werden die einzelnen Eingangsspannungen elektrisch addiert und anschlieÃŸend verstÃ¤rkt
	An jedem Eingang gibt es einen Eingangswiderstand
	durch den sich die einzelnen Spannungen unterschiedlich gewichten lassen
	Diese Schaltung kann mit einer beliebigen Anzahl von EingÃ¤ngen genutzt werden. <math>U_{a} = - { R2 over R11} cdot U_{E1} - { R2 over R12} cdot U_{E2} - { R2 over R13} cdot U_{E3} <math> [Bearbeiten]
Impedanzwandler / Spannungsfolger
	Bild nicht gefunden Beschaltung eines Impedanzwandlers Die Ausgangsspannung eines Impedanzwandlers entspricht der Eingangsspannung bei dieser Schaltung (daher auch der Name Spannungsfolger)
	Also liegt die VerstÃ¤rkung hier bei <math>V = 1<math>
	Da jedoch bei einem OP der Eingangswiderstand sehr groÃŸ und der Ausgangswiderstand sehr klein ist (daher der Name Impedanzwandler)
	kann diese Schaltung ideal zwischen einer belastungsempfindlichen Quelle und zum Beispiel einem folgenden VerstÃ¤rker eingesetzt werden. [Bearbeiten]
DifferenzverstÃ¤rker / SubtrahierverstÃ¤rker
	dass er gleichzeitig wie ein invertierender VerstÃ¤rker und ein nichtinvertierender VerstÃ¤rker funktioniert
	Bild nicht gefunden Beschaltung eines DifferenzverstÃ¤rkers Bei einem DifferenzverstÃ¤rker wird der OperationsverstÃ¤rker so beschaltet
	Dies kann anhand des Ãœberlagerungsprinzips gezeigt werden
	dann gilt: <math>U_{a1} = -{ R2 over R1} cdot U_{e-}<math> FÃ¼r den Betrieb als nichtinvertierenden VerstÃ¤rker wird der (-)-Eingang auf Masse gelegt
	dann gilt: <math>U_{a2} = { R4 over {R3 + R4}} cdot{ {R1 + R2} over R1} cdot U_{e+}<math> FÃ¼r die gesamte Schaltung gilt: <math>U_{a} = { R4 over {R3 + R4}} cdot{ {R1 + R2} over R1} cdot U_{e+} -{ R2 over R1} cdot U_{e-}<math> [Bearbeiten]
	FÃ¼r den Betrieb als invertierenden VerstÃ¤rker wird der (+)-Eingang auf Masse gelegt
Integrator
	Bild nicht gefunden Beschaltung eines Integrators Ein Integrator ist eine Schaltung mit einer frequenzabhÃ¤ngigen Gegenkopplung
	Gemeint ist damit die RÃ¼ckkopplung des Ausgangs auf einen Eingang
	Hier wurden bisher ausschlieÃŸlich WiderstÃ¤nde benutzt
	hauptsÃ¤chlich Kondensatoren aber auch Spulen
	Jetzt tauchen hier frequenzabhÃ¤ngige Bauteile auf
	das Produkt aus R und C nennt man Integrationszeitkonstante
	Damit ergibt sich fÃ¼r die Ausgangsspannung <math>U_{a} = - {1 over {C cdot R}} cdot U_{e} cdot t <math> Der Term <math>- {1 over {C cdot R}}<math> bildet hier den Integrier-Beiwert
	Genutzt wird der Integrator vor allem in der Regelungstechnik als Teilelement einer Regelstrecke oder eines Reglers. [Bearbeiten]
Differenzierer
	Bild nicht gefunden Beschaltung eines Differenzierers Auch hier werden frequenzabhÃ¤ngige Bauteile verwendet
	jetzt jedoch nicht mehr in der RÃ¼ckkopplung sondern vor dem Eingang des OP
	flieÃŸt dieser Strom auch durch den Widerstand und der Spannungsabfall ergibt eine Ausgangsspannung <math>U_{a} = - {{C cdot R}} cdot {{Delta U_{e}} over {Delta t}} <math> Das Produkt aus R und C wird hier in Analogie zum Integrator Differenzier-Beiwert genannt
	FlieÃŸt durch diesen Kondensator nun auf Grund von Ã„nderungen der Eingangsspannung ein Ladestrom
	Auch der Differenzierer hat eine Bedeutung in der analogen Regelungstechnik
	Die praktische Realisierung eines reinen Differenzierers ist nur eingeschrÃ¤nkt mÃ¶glich
	sodass dieser meist in Kombination mit ProportionalverstÃ¤rker und Integrator (PD- und PID-Regler) eingesetzt wird. [Bearbeiten]
Berechnung von OP Schaltungen
	welche das Bauteil mit verschiedenen
	eine Ersatzschaltung fÃ¼r den OperationsverstÃ¤rker zu haben
	leichter zu handhabenden Bauteilen modelliert
	Bild nicht gefunden Ersatzschaltung eines ideal OperationsverstÃ¤rkers Zur Berechnung von OperationsverstÃ¤rkerschaltungen ist es von Nutzen
	Da ein idealer OP von der Funktion eine gesteuerte Spannungsquelle ist
	kann er durch eine Spannungsquelle (Ausgang) und Steuerspannung (Differenzspannung der EingÃ¤nge) ersetzt werden
	Nun ist es mÃ¶glich
	die gesamte Schaltung mit Hilfe der Knoten- und MaschensÃ¤tze und des Ãœberlagerungsprinzips zu berechnen
	um das Verhalten der Schaltung zu analysieren
	Die Steuerspannung <math>u_d<math> wird fÃ¼r ideale OPs wegen der unendlichen VerstÃ¤rkung Null gesetzt
	sonst gilt <math>u_a = u_d cdot v<math>. Beispiel mit einem invertierenden VerstÃ¤rker Bild nicht gefundenErsatzschaltung eines invertierenden VerstÃ¤rkers OperationsverstÃ¤rkers Der Ãœberlagerungssatz ergibt fÃ¼r die Differenzspannung: <math>u_d = -u cdot frac{R_2}{R_1 + R_2} -u_a cdot frac{R_1}{R_1 + R_2}<math> FÃ¼r den idealen OP mit <math>u_d = 0<math> folgt dann: <math>-u cdot frac{R_2}{R_1 + R_2} -u_a cdot frac{R_1}{R_1 + R_2} = 0 quad Rightarrow quad u_a = -u cdot frac{R_2}{R_1}<math> Bild nicht gefunden Ersatzschaltung eines OperationsverstÃ¤rkers FÃ¼r die Eigenschaften des OperationsverstÃ¤rkers kÃ¶nnen nun weiter Quellen oder WiderstÃ¤nde eingesetzt werden
	die LeckstÃ¶me der EingÃ¤nge sowie die Offsetspannung mit zu berÃ¼cksichtigen
	FÃ¼r empfindliche VerstÃ¤rker (beispielsweise MikrophonvorverstÃ¤rker) ist es oft notwendig
	Die LeckstÃ¶me werden dabei mit Stromquellen angenÃ¤hert
	die Offsetspannung als Spannungsquelle zwischen den EingÃ¤ngen
	Dadurch kann nun wie gewohnt mit der Differenzspannung und der VerstÃ¤rkung gearbeitet werden. (Zu beachten ist
	dass gegebenenfalls eine gute Kenntnis zum LÃ¶sen von Gleichungssystemen erforderlich ist) en:Operational amplifier es:Amplificador operacional fr:Amplificateur opÃ©rationnel ja:ã‚ªãƒšã‚¢ãƒ³ãƒ— nl:Operationele versterker sl:Operacijski ojaÄ?evalnik sv:OperationsfÃ¶rstÃ¤rkare

[X] Schliessen

Dieser Artikel basiert auf dem Artikel OperationsverstÃ¤rker aus der freien Enzyklopädie wikipedia und steht unter der GNU Lizenz für freie Dokumentation. In der wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.

GaststÃ¤tte FProg Schweres Akutes Atemnotsyndrom Liste der Fachgebiete Assoziation Marxistischer StudentInnen Marxistisch Jungfrau Halbkanton SÃ¤gerracken

[ Zurück ]

Inhalt Lexikon:

Allgemein

Geschichte

Aufbau

Funktion

Kennwerte

Idealer OperationsverstÃ¤rker

Realer OperationsverstÃ¤rker

Verwendungszwecke

invertierender VerstÃ¤rker

nichtinvertierender VerstÃ¤rker (ElektrometerverstÃ¤rker)

Addierer

Impedanzwandler / Spannungsfolger

DifferenzverstÃ¤rker / SubtrahierverstÃ¤rker

Integrator

Differenzierer

Berechnung von OP Schaltungen