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Ein Operationsverstärker ist eine integrierte Schaltung, die zur Verstärkung, Filterung und Spannungsstabilisierung verwendet wird. Außerdem ist er in der Lage, Wechselspannungen gleichzurichten.
Was ist ein Operationsverstärker?
Operationsverstärker werden häufig in der analogen Elektronik verwendet. Ihre Vielseitigkeit, Zuverlässigkeit und Haltbarkeit machen diese Komponenten zu einem wichtigen Bestandteil zahlreicher Schaltungen in elektronischen Geräten. Sie können eine Vielzahl von Signalverarbeitungsfunktionen ausführen.
Operationsverstärker, auch Opamps genannt (der umgangssprachliche Begriff stammt von der englischen Bezeichnung des Bauteils, operational amplifiers), sind für die Signalverarbeitung zwischen den Eingängen konzipiert. Der Verstärker ist mit zwei Eingängen ausgestattet, einem nicht-invertierenden Eingang mit der Bezeichnung + und einem invertierenden Eingang mit der Bezeichnung -. Außerdem haben Operationsverstärker einen Ausgang eingebaut. Zu den Eigenschaften von Operationsverstärkern gehören eine niedrige Ausgangsimpedanz und eine hohe Eingangsimpedanz. Es gibt sie in verschiedenen Konfigurationen (simulierend, differenzierend, invertierend und nicht invertierend).
Operationsverstärker - Aufbau
Der Operationsverstärker besteht aus drei Hauptkomponenten. Die erste davon sind bipolare oder Feldeffekttransistoren. Das zweite Element sind Widerstände, während das dritte Element Kondensatoren sind. Alle Komponenten sind in eine einzige Struktur integriert, ein monolithisches Design, wie man es von integrierten Schaltkreisen kennt.
Die beiden eingebauten Eingänge sind für das Ablesen der Spannung zwischen ihnen zuständig. Der nächste Schritt besteht darin, das veränderte Signal zu verstärken und direkt an den Ausgang des Operationsverstärkers zu senden. Zu den weiteren Komponenten des Verstärkers gehören die Stromversorgungsschaltungen, Schaltungen die für die Temperaturkompensation zuständig sind, sowie Komponenten, die die monolithische Struktur vor den Auswirkungen von ESD (engl. Electrostatic Discharge) schützen.
Technische Daten von Operationsverstärkern
Der wichtigste technische Parameter eines jeden Operationsverstärkers ist der Verstärkungspegel. Ein weiterer wichtiger Parameter ist der Betriebsspannungsbereich, der die Anwendung dieser Komponenten bestimmt. Ausgewählte Operationsverstärkermodelle für Audiosysteme sind für den Betrieb in einem Spannungsbereich von 5 V bis 15 V ausgelegt. Die gängigsten Modelle sind im THT-Gehäuse, d.h. sie werden für die Durchsteckmontage verwendet. Auf dem Markt sind auch Modelle in SMD-Gehäusen (engl. Surface Mount Device) erhältlich, die an die Oberflächenmontagetechnik SMD-Gehäusen (engl. Surface Mount Technology) angepasst sind.
Bei der Auswahl eines bestimmten Operationsverstärkermodells muss auch auf das Gleichtaktunterdrückungsverhältnis (CMRR ) geachtet werden. Dieser Parameter ist verantwortlich für die Fähigkeit eines bestimmten Verstärkermodells, die an den Eingängen auftretende Spannung abzuschwächen. Weitere Parameter sind der Frequenzgang sowie die Eingangs- und Ausgangsimpedanz.
Anwendung von Operationsverstärkern
Die Verwendung von Operationsverstärkern in der Elektronik ist weit verbreitet. Nachstehend werden einige der beliebtesten Anwendungen beschrieben. Opamps werden häufig in aktiven Filtern verwendet, um ein Signal zu verstärken oder den Frequenzgang einer Schaltung zu verändern.
Ein weiteres Beispiel ist der invertierende Verstärker, ein Element, das für die Verstärkung des Eingangssignals bei gleichzeitiger Invertierung der Phase verantwortlich ist. Im Gegensatz dazu sind die Operationsverstärker in nicht-invertierenden Verstärkern darauf ausgelegt, das Eingangssignal zu verstärken, ohne die Phase zu invertieren. Die nächste Anwendung eines Operationsverstärkers ist die Verwendung als Spannungs-Strom-Wandler. Der Operationsverstärker hat die Fähigkeit, die Eingangsspannung in einen proportionalen Ausgangsstrom umzuwandeln.
Andere Anwendungen von Operationsverstärkern
Operationsverstärker sind Komponenten von Differenzverstärkern, d.h. Schaltungen, deren Hauptaufgabe darin besteht, die Differenz zwischen zwei Eingangssignalen zu verstärken. In Funktionsgeneratoren hingegen wird ein Operationsverstärker verwendet, um verschiedene Wellenfunktionen zu erzeugen, darunter Rechteck-, Dreieck- und Sinuswellen.
Der Operationsverstärker ist eine grundlegende Komponente vieler elektronischer Schaltungen. Aufgrund ihrer Vielseitigkeit und ihrer Fähigkeit, eine Vielzahl von Aufgaben zu erfüllen, werden diese Bauteile unter anderem in medizinischen Geräten, Messgeräten und Audiosystemen eingesetzt.
Beliebte Operationsverstärker-Modelle
Der NE5322ist ein beliebter Operationsverstärker, der sich durch seinen niedrigen Rauschpegel und einen Dämpfungsfaktor von 100 dB auszeichnet. Eine Bandbreite von bis zu 10 MHz gewährleistet einen universellen Einsatz. Der IC ist mit Dioden ausgestattet, deren Hauptfunktion darin besteht, die Eingänge zu schützen. Die Ausgänge sind ihrerseits durch Kurzschlussschutzelemente geschützt. Aufgrund seiner guten DC- und AC-Leistung wird der NE5532 häufig unter anderem in Mischpulten eingesetzt. Es ist auch eine Schlüsselkomponente in Generatoren zur Erzeugung von Testsignalen, die in der Elektroakustik verwendet werden.
Ein weiteres häufig verwendetes Modell ist der Operationsverstärker AB LM386 in einem DIP8-Gehäuse für die THT-Montage. Die Komponente ist mit einem Kanal ausgestattet. Er arbeitet mit einem Spannungsbereich von 4 V bis 12 V. Dank seiner hohen Verstärkung von 325 mW wird er häufig in Audiosystemen eingesetzt. Darüber hinaus wird er in Heimwerkerprojekten verwendet, die Ton erzeugen oder wiedergeben. Der breite Versorgungsspannungsbereich gewährleistet die Kompatibilität mit vielen Mikrocontrollern, einschließlich Arduino.
Der Operationsverstärker LM358P/N hingegen kann mit Versorgungsspannungen von 3 V bis zu 32 V betrieben werden. Der Operationsverstärker ist mit zwei Kanälen ausgestattet. Ein Frequenzgang von 0,7 MHz gewährleistet eine universelle Verwendung. Der LM358P/N zeichnet sich durch eine Spannungsanstiegsrate von 0,3 V/μs aus. Der IC ist in einem gängigen DIP8-Gehäuse untergebracht. Er ist für die THT-Durchgangslochmontage konzipiert.
