Operationsverstärker

Zusammenfassung

Operationsverstärker (häufig abgekürzt mit OP) sind im Prinzip nach Abb. 11.1a aufgebaut. Sie bestehen aus einer Differenzeingangsstufe (T1 und T2), einem Zwischenverstärker (T3) und einer Endstufe (T4). Die Schaltung hat zwei Eingänge – mit P und N bezeichnet – und einen Ausgang A, jeweils bezogen auf Masse. Die Letztere wird gebildet durch den gemeinsamen Schaltungspunkt einer positiven und negativen Betriebsspannungsquelle. Die einzelnen Verstärkerstufen sind galvanisch gekoppelt, so dass auch Gleichspannungen verstärkt werden können (Gleichspannungsverstärker).

Im Idealfall – bei unendlich großer Gleichtaktunterdrückung – wird nur die Differenzspannung U_D = U_P − U_N verstärkt. Die entsprechende Spannungsverstärkung bei offenem Ausgang wird als Leerlaufverstärkung V₀ bezeichnet. Sie sollte möglichst groß sein, z. B. größer als 10.000 $\overset{\wedge}{=}$ 80 dB. Dies wird erreicht mit einem geeigneten Zwischenverstärker, dem außerdem die Aufgabe einer „Pegelverschiebung“ zukommt mit dem Ziel, dass die Ausgangsspannung U_a zu null wird für U_D = 0.

Geht man von dem Nullzustand (Ruhezustand) aus, so wird eine positive Eingangsspannung U_P von einer positiven Ausgangsspannung U_a beantwortet. Eine positive Eingangsspannung U_N dagegen führt zu einer negativen Ausgangsspannung. In der symbolischen Darstellung nach Abb. 11.1b wird daher der „P-Eingang“ mit einem Pluszeichen gekennzeichnet, der „N-Eingang“ mit einem Minuszeichen. Man bezeichnet den Ersteren auch als nichtinvertierenden und den Letzteren als invertierenden Eingang.