Operationsverstärker

OP-Verstärker

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Ope|ra|ti|ons|ver|stär|ker 〈m. 3; El.〉 Gleichspannungsverstärker, meist in Form einer integrierten Schaltung, mit dem viele mathematische Operationen in analoger, elektrischer Weise ausgeführt werden können

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I

Operationsverstärker,

 

ein elektronisches Bauteil, mit dem seit 1947 (damals noch in Röhrentechnik, später als Transistor und IC) mathematische Rechenoperationen durch elektrische Schaltung nachgebildet werden. Durch unterschiedliche Verschaltung der Stromzufuhr sowie Verkettung von Ein- und Ausgang mehrerer Operationsverstärker realisiert man unterschiedliche Berechnungen, beispielsweise Addition, Subtraktion, Differenziation und Integration. Multiplikation und Division werden jeweils auf viele nacheinander ausgeführte Additionen bzw. Subtraktionen zurückgeführt.

 

Zur Verringerung von Störsignalen wird der Operationsverstärker geerdet, womit ein Stromeingang (der sog. nicht invertierende Eingang) gegenüber der Erde eine positive, der andere (der invertierende Eingang) eine negative Spannung aufweist. Der Operationsverstärker bestimmt die Differenz der Spannungen und verstärkt sie. Typisch sind Verstärkungen um 100 000. Der Bereich, in dem die Verstärkung stattfindet, der sog. Aussteuerbereich, ist allerdings sehr schmal, d. h., aus einer kleinen Spannungsdifferenz erhält man eine vergleichsweise große Ausgangsspannung. Operationsverstärker liefern - je nach dem Vorzeichen der Spannungsdifferenz - ein positives oder ein negatives Ausgangssignal und somit ein binäres Signal. Aus diesem Grund werden Operationsverstärker als elektronische Filter sowie als Grundbausteine der Mess- und Regeltechnik eingesetzt.

II

Operationsverstärker,

 

Operational Amplifier [ɔpə'reɪʃnl 'æmplɪfaɪə, englisch], Abkürzung Op Amp, Rechenverstärker, universell einsetzbarer linearer Gleichspannungsverstärker mit hoher, idealerweise frequenzunabhängiger innerer Spannungs- und Leistungsverstärkung (ideal ∞, real etwa 10³), hohem Eingangswiderstand (ideal ∞, real über 10⁶ Ω) und niedrigem Ausgangswiderstand (ideal 0, real etwa 70 Ω). Operationsverstärker werden heute fast nur noch als in Bipolar- oder MOS-Technik monolithisch integrierte Schaltungen in Metall-, Keramik- oder Kunststoffgehäusen hergestellt. Ein Operationsverstärker besteht im Prinzip aus zwei Verstärkerstufen, die auf einen gemeinsamen Ausgang arbeiten. Der Eingang des einen Verstärkers heißt nicht invertierender Eingang (P-Eingang, gekennzeichnet durch ein Pluszeichen), der des anderen Verstärkers heißt invertierender Eingang (Nordeingang, Minuszeichen). Zum Betrieb benötigt der Operationsverstärker zwei zu einem Bezugspunkt symmetrische Speisespannungen (+ U_B und — U_B), in der Regel zwischen etwa ± 5 V und ± 18 V. Eine definierte Wirkungsweise wird überwiegend durch eine äußere Gegenkopplungsbeschaltung erreicht. Aufgrund der sehr hohen inneren Leerlaufverstärkung (≈ 10⁶) stellt sich beim gegengekoppelten Operationsverstärker innerhalb des linearen Arbeitsbereiches eine der Eingangsspannung U_e proportionale Ausgangsspannung U_a ein. Der Operationsverstärker stellt einen wichtigen Grundbaustein für die lineare (analoge) Schaltkreistechnik in der Mess-, Steuer-, Regelungs- und Analogrechnertechnik dar. Sein Einsatz ist aufgrund seiner in vielfacher Hinsicht nahezu idealen Eigenschaften viel einfacher als der von Einzeltransistoren. Er hat deshalb den Einzeltransistor aus weiten Bereichen der linearen Schaltungstechnik verdrängt. Durch Variation der äußeren Beschaltung ergeben sich zahlreiche Schaltungsarten mit unterschiedlichen Eigenschaften, z. B. Addierer, Subtrahierer, Integrierer, Differenzierer, Invertierer, Konstantspannungs- oder -stromquelle, Impedanzwandler, Messverstärker, Oszillator, aktiver Filter; in der Digitaltechnik: Analog-digital- oder Digital-analog-Umsetzer, Kippschaltungen, Schwellwertschalter.

 

Hier finden Sie in Überblicksartikeln weiterführende Informationen:

 

 

Verstärker von Spannung, Strom und Leistung