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1.3.16 Operationsverstärker als nicht invertierender Verstärker

Erstellt ab: 22.04.2012
In fasst allen strippenstrolch.deschaltungen wird der Transistor als Schalter in Emitterschaltung betrieben. Das ist auch gut so, weil es sehr einfach zu verstehen ist.

Was aber, wenn man nun eine ganz bestimmte Spannungsverstärkung haben möchte?

Nun, wenn man dies mit einem oder gar mehreren Transistoren umsetzen möchte, ist es sehr umfangreich. Man würde dazu die Kennlinien des Transistors brauchen und müsste sehr aufpassen und noch viele weitere Details wie z.B. die Kompensation der Wärmedrift berücksichtigen.

Das alles ist dem strippenstrolch.de zu kompliziert.

Also betrachten wir und einmal näher ein kleines IC mit 6 oder 8 Beinchen:

Den Operationsverstärker.

Hier einmal das Schaltzeichen dazu:



Du siehst hier drei Anschlüsse:

  • nicht invertierender Eingang (mit einem + gekennzeichnet)
  • invertierender Eingang (mit einem - gekennzeichnet)
  • Ausgang (an der Spitze)

Die Versorgungsanschlüsse des IC lässt man im Schaltplan meistens weg, um das Ganze übersichtlicher zu gestalten.

Ein idealer Operationsverstärker hat jeweils einen Eingangswiderstand der unendlich ist und einen Ausgangswiderstand, der null ist. Das sind aber nur idealisierte Werte, um sich den OP besser vorstellen zu können. Klar, dass der reelle Eingangswiderstand bei einigen Megaohm liegt und auch klar, dass der wirkliche Ausgangswiderstand bei einige Milliohm liegt. Für eine schnelle Berechnung von Schaltungen mit dem OP nimmt man aber unendlich und Null an.


Mekrsatz:

  • Der OP verstärkt nur die Differenz der beiden Eingänge !
  • Und dies tut er mit einer unendlich großen Verstärkung !

Wie ist das zu verstehen ?

Nun, dazu bauen wir uns eine kleine Schaltung auf dem Steckbrett auf, um den Merksatz einmal zu verdeutlichen:

Ich benutze für die Experimente diesen OP (TS912IN).

Zunächst schauen wir uns das Pinout an:


Dannwerfen wir noch einen Blick auf das Datenblatt:

Download Datenblatt TS 912 IN (PDF)




Am invertierenden Eingang liegen jetzt 2,25 Volt an (so ungefähr). Wenn wir jetzt an dem Poti drehen, so können wir beobachen (und auch mal messen), dass der Ausgang schlagartig auf Betriebsspannung geschaltet wird, sobald, wir mit dem Poti diese 2,25 Volt überschreiten.

Sobald also U2 > U1 ist, leuchtet die LED.

Wir sehen also, dass die Spannungsdifferenz der beiden Eingänge mit einem (theoretisch) unendlichen Verstärkungsfaktor verstärkt wird.

"Wir müssen ihn zähmen !"

Wir können jetzt diesen unendlichen Verstärkungsfaktor verkleinern und auf unser gewünschtes Maß bringen. Dazu führen wir einen Teil der unendlich verstärkten Spannung auf den invertierenden Eingang zurück. Wir benutzen dazu einen einfachen Spannungsteiler am Ausgang des OP:


Jetzt fragst Du Dich sicherlich: "Und wie stelle ich nun meine Verstärkung ein ?"

Dazu gibt es diese einfache Formel:


Wobei

Ua = Ue * k

ist.



Setzte für R1 und R2 einfach einmal 1k ein und messe die Verstärkung.
Spiele dabei am dem Poti.


Auf diese Weise kannst Du Dir also einen Verstärker bauen, der genau an die Bedürfnisse der weiteren Schaltungsumgebung angepasst ist.



Präzises Verstärken wünscht

 
 

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