DER OPERATIONSVERSTRKER RAPHAEL NDIPAGBOR Fakultt IV Elektrotechnik und

DER OPERATIONSVERSTÄRKER RAPHAEL NDIP-AGBOR Fakultät IV (Elektrotechnik und Informatik) Technische Universität(TU) Berlin Betreuer : Johannes Twitmann, TU-Berlin. 06. 12. 2006 Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 1

INHALTSVERZEICHNIS I. Einführung Ø Ø Definition Blockschaltbilder / Schaltzeichen Ansteuerung Idealer Operationsverstärker II. Realer Operationsverstärker Ø Ø 06. 12. 2006 Grundschaltungen Der standard-Typ (TL 072) Vergleichstabelle (Idealer / Realer Operationsverstärker) Anwendungsbeispiele Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 2

I. Einführung ØDefinition Ein galvanisch gekoppelter Differenzverstärker für Gleich- und Wechselspannung Ø Abk. : OP, OV, OPV, Op. Amp. Ø Ø Ein invertierender (minus-) und ein nicht invertierender (plus-) Eingang Die Differenz der beiden Spannungen wird verstärkt und auf den Ausgang ausgegeben Funktion ist von äußerer Beschaltung abhängig 06. 12. 2006 Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 3

I. Einführung Ø Ø Ø 06. 12. 2006 Blockschaltbild Differenzverstärker Verstärkerstufe Kurzschlusssicherung Gegentaktverstärker Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 4

I. Einführung ØSchaltzeichen nach DIN 40900 T. 10 (Veraltet) 06. 12. 2006 T. 13 (Aktuell) Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 5

I. Einführung ØAnsteuerung Ø Wird OFT symmetrisch mit 2 identischen Gleichspannungen betrieben. Ø Häufige Betriebspannungen : ± 5 V, ± 12 V und ± 15 V. Manchmal auch ± 18 V 06. 12. 2006 Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 6

I. Ø Ø Ø Ø Einführung Ø Idealer OPV Verstärkungsfaktor(V) Re Ra = 0 Frequenzbereich (0. . . ) Gleichtaktverstärkung VGL=0 Gleichtaktunterdrückung VG = Verzerrung/Rauschen = 0 06. 12. 2006 Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 7

II. Realer OPV „. . . Beim Einsatz von Operationsverstärkern sind möglichst ideale Eigenschaften gewünscht. Leider kann man solche Operationsverstärker nicht herstellen. Einzig die Optimierung einiger Eigenschaften, hin zum idealen Wert, ist möglich. . “ Das Elektronik Kompendium (Das ELKO) BEDEUTUNG: Welche OPV ist Optimal zu welcher Schaltung ? ? ? Eine Entscheidung treffen. 06. 12. 2006 Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 8

II. Realer OPV Ø Grundschaltungen a. Subtrahierer 20 V 0 V Ist R 1=R 2=R 3=R 4, Ua=UE 2 - UE 1 (siehe Graph) Ø 06. 12. 2006 Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor - 20 V 0 s 10 ms 20 ms V(R 2: 2) V(R 1: 1) 30 ms V(V 2: +) Time 40 ms 50 ms 60 ms 9

II. Realer OPV Ø Grundschaltungen b. Invertierender Betrieb 10 V 0 V -10 V 0 s 06. 12. 2006 Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 10 ms 20 ms V(R 2: 2) V(V 6: +) 30 ms 40 ms 50 ms 60 ms Time 10

II. Realer OPV Ø Grundschaltungen c. Nichtinvertierender Betrieb 10 V 0 V ØIst R 2=0, R 1= , Schaltung=Impedanzwandler 06. 12. 2006 -10 V 0 s Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 10 ms V(U 7 A: OUT) 20 ms V(V 6: +) 30 ms Time 40 ms 50 ms 11 60 ms

II. Realer OPV d. Impedanzwandler Grundschaltunge n Ø 2. . 0 V 0 V -2. 0 V 0 s V(U 7 A: -) 20 ms V(V 6: +) 40 ms 60 ms Time 06. 12. 2006 Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 12

II. Realer OPV Ø Grundschaltungen e. Addierer 10 V 0 V Ist R 1=R 2=R 3=RK, -Ua=U 1+U 2+U 3+. . . (Siehe Graph) Operationsverstärker -10 V 06. 12. 2006 0 s 10 ms 20 ms V(V 1: +) V(V 2: +) Raphael Ndip-Agbor 30 ms 40 ms 50 ms 60 ms Time V(U 7 A: OUT) V(v 3: +) 13

II. Realer OPV Ø Grundschaltungen f. Differentiator Je nach Polarität der Ue, wird C ge- oder entladen. Ua nimmt mit steigender Frequenz zu. (Hochpass) 06. 12. 2006 Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 14

II. Realer OPV g. Integrat or ØGrundschaltungen Ø ist Ue = Konst. Dann ist Ua=-Ue Ua nimmt mit steigender Frequenz ab. Ø 06. 12. 2006 Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 15

II. Realer OPV ØGrundschaltungen h. Der Schmitt-Trigger Ø Ø Ø Mitkopplung Sinus-rechteck-Wandler Trigger-Bedingung (Schwellwertschalter) (Sensor + Aktor) 06. 12. 2006 Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 16

II. Realer OPV –Der TL 072 Ø 06. 12. 2006 Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor Pinbelegung 17

II. Realer OPV –Der TL 072 (Wichtige Daten ) Slew Rate (Spannungsanstiegsrate): 13 V/ s Noise: 18 nanovolts per root Hertz Rail Voltages: +/- 2 V min, 15 V max Input offset: 2 m. V Input Resistance: 1 Tera. Ohm (! On a dry day!!) Input current: 30 pico. Amps Voltage Gain (Vu) 100, 000 Supply Current: 1. 2 m. A (071), 2. 4 m. A (072) Output Load: not less than 2 k. Ohm Input Transistor: JFET Cost / weight 0. 15€… 0. 19€ (Reichelt) / 0. 0004 Kg 06. 12. 2006 Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 18

II. Realer / idealer OPV - Vergleichstabelle Eigenschaft Slew Rate Vu Ue Ua Ansteuerbarkeit 06. 12. 2006 TL 072 Idealer OPV 13 v/ s 100, 000 10¹² > 2 KΩ 0 +/- 2 V min, 15 V max Betriebspan nung Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 19

II. Realer OPV ØAnwendungsbeispiele Schmitt-Trigger, Impedanzwandler, Strom- Spannungswandler, usw Ø Wandelt einen Eingangstrom (Ie) in eine Proportionale Spannung (Ua) um. Ø besitzt einen niedrigen (differentiellen) Eingangswiderstand Ø wird häufig zur Verstärkung von Signalen aus Stromquellen verwendet. 06. 12. 2006 Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 20

Quellen n n Johannes Twitmann, Tu-Berlin Prof. Dr. -Ing. Manfred Krumm , Tu-Berlin http: //www. elektronik-kompendium. de/sites/bau/0209092. htm http: //www. batronix. com/elektronik/know-how/op-amp. shtml#02 http: //www. ecircuitcenter. com/Circuits. htm http: //www. st. Andrews. ac. uk/~jcgl/Scots_Guide/datasheets/Opamps/071. html http: //de. wikipedia. org/wiki/Operationsverst%C 3%A 4 rker#Strom. Spannungs-Wandler Tkotz, Klaus : Fachkunde Elektrotechnik, 22. Auflage 1999 S. 219 Wilke Technology (Pocket. Cards) www. wilke-technology. com Pspice Student 06. 12. 2006 Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 21

ENDE Das war eine Einführung in die Operationsverstärker Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 06. 12. 2006 Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 22