Der Operationsverstärker
Abb. 1: Operationsverstärker
Der Operationsverstärker (kurz: OPV) ist ein aktives Bauteil, welches die Differenzspannung UD zwischen seinen beiden Eingängen verstärkt. Dabei wird UD stets vom nichtinvertierenden zum invertierenden (von „Plus“ nach „Minus“) Eingang gemessen und kann auch negative Werte annehmen.
Idealisiert wird die Differenzverstärkung VD als unendlich hoch angenommen. Reale OPVs weisen endliche Verstärkungen in Größenordnungen ab 104 auf.
Der OPV benötigt eine externe Spannungsversorgung, welche letztendlich auch eine Obergrenze für die Ausgangsspannung darstellt. Reale OPVs erreichen an ihrem Ausgang jedoch nicht exakt die jeweilige Versorgungsspannung, sondern gehen schon vorher in die Sättigung.
Abb. 2: Linearisierte Kennlinie des Operationsverstärkers
Um die angeschlossene Signalquelle nicht zu belasten, besitzt der ideale OPV einen unendlich großen Eingangswiderstand. Es fließt also kein Strom in seine Eingänge. Der Ausgangswiderstand hingegen ist unendlich klein, so daß die Ausgangsspannung unabhängig von der angeschlossenen Last ist. Auch diese idealen Werte erreichen reale OPVs natürlich nicht vollständig. Eingangswiderstände bewegen sich typischerweise im Megaohm-Bereich, während die Ausgangswiderstände meist nur wenige Ohm betragen.
Ohne weitere Beschaltung arbeitet der ideale OPV als Komparator: für positive Differenzspannungen liefert der Ausgang die positive Sättigungsspannung, für negative Differenzspannungen demzufolge die negative Sättigungsspannung. Reale OPVs weisen aufgrund ihrer endlichen Differenzverstärkung im Übergangsbereich einiger μV eine endliche Steigung der Ausgangskennlinie auf (siehe Abb. 2).
Durch äußere Beschaltung kann der OPV auch vielfältige andere Funktionen ausführen. Einige davon sind in der Schaltungsübersicht zu finden.
Applet dieser Schaltung
Eingangsspannung und Widerstandswerte lassen sich frei einstellen: Rechtsklick auf das Bauteil, dann Edit aus dem Popupmenü wählen.
Dieses tolle Applet stammt von Paul Falstad, auf dessen Website auch der komplette Circuit Simulator zum Ausprobieren und Bauen anderer Schaltungen zu finden ist.