Themen:
- Einführung in den Operationsverstärker
- Erfinderischer Verstärker
- Nicht erfinderischer Verstärker
- Differenz-/Differenzverstärker
- Inventaraddierer
Einführung in den Operationsverstärker:
Opamp steht für Operationsverstärker; Auf Niederländisch bedeutet das: Operationsverstärker. Operationsverstärker werden in integrierten Schaltkreisen (z. B. auf Leiterplatten in Computern) mit einem sehr hohen Verstärkungsfaktor eingesetzt, der die Eingangsspannung (z. B. eines Sensors) verstärkt. Das verstärkte Signal eignet sich dann als Eingangssignal für ein Steuergerät, beispielsweise das Steuergerät. Der Verstärkungsfaktor kann bis zu 100.000 und mehr betragen.
Durch den Einsatz von Widerständen kann der Verstärkungsfaktor reduziert werden, so dass die Ausgangsspannung nie den (bisherigen) Maximalwert überschreiten kann.
Die Abbildung zeigt das Symbol eines Operationsverstärkers. Die Anschlüsse VS + und VS – werden häufig weggelassen.
Wenn am Operationsverstärker eine Spannungsdifferenz auftritt und die Spannung an + größer als an – ist, wird die Ausgangsspannung verstärkt. Wenn umgekehrt – größer als + ist, wird die Ausgangsspannung negativ verstärkt. Dies kann mit einem erfinderischen Verstärker bewusst genutzt werden. Bei einem erfinderischen Verstärker ist die Ausgangsspannung negativ. Die Plus- und Minuszeichen im Bild des Operationsverstärkers wechseln sich ebenfalls ab. Wie der Operationsverstärker jetzt dargestellt ist, handelt es sich um einen nicht erfinderischen Verstärker. Die Ausgangsspannung wird positiv sein.
Operationsverstärker erfinden:
Der positive Eingang des Operationsverstärkers ist mit Masse verbunden. Die positive Spannung ist daher immer 0. Die Widerstandswerte bestimmen den Verstärkungsfaktor (A). Die Spannung „U in“ kann ein Sensorsignal sein, das verstärkt an das Steuergerät gesendet wird, das an den Ausgang U out angeschlossen ist.
Bei einem erfinderischen Operationsverstärker kann der Verstärkungsfaktor mit der folgenden Formel berechnet werden:
Es folgt nun ein Rechenbeispiel mit U in = 1 Volt und U in = 4 Volt. Durch Kreuzmultiplikation der Brüche wird die Spannung U in mit dem Verstärkungsfaktor multipliziert. Dadurch wird die Ausgangsspannung (U out) berechnet.
Wenn der Verstärkungsfaktor erhöht wird (z. B. auf 100), werden Sie feststellen, dass bei einer minimalen Erhöhung von U in der Wert von U out sehr schnell ansteigt. Vergessen Sie nie, dass die Ausgangsspannung des erfindenden Operationsverstärkers negativ ist.
R1 = 10kΩ = 10000Ω
R2 = 20kΩ = 20000Ω
Nicht wagender Operationsverstärker:
Vergleichen Sie den nicht erfindenden Operationsverstärker mit dem erfindenden Operationsverstärker. Der Unterschied besteht, wie der Name schon sagt, darin, dass dieser Operationsverstärker die Spannung nicht erfindet (umkehrt). Die Ausgangsspannung ist daher positiv. Die folgende Berechnung führen wir auf einfache Weise durch, indem wir den Verstärkungsfaktor A mit der Eingangsspannung multiplizieren.
R1 = 10kΩ = 10000Ω
R2 = 20kΩ = 20000Ω
Differenz-/Differenzverstärker:
Der Differenz-/Differenzverstärker vergleicht die beiden Eingangssignale (U in 2 und U in 1) und verstärkt sie anschließend. Die folgende Abbildung vergleicht die Spannungen U in 2 und U in 1. Dies sind 2 und 2 Volt. Der Unterschied zwischen diesen beträgt 4 Volt. Dies wird durch den Verstärkungsfaktor verstärkt, der von den Widerstandswerten R2 und R1 abhängt:
U in 1 = 2 Volt
U in 2 = 4 Volt
R1 = 10kΩ
R2 = 20kΩ
R3 = 10kΩ
R4 = 20kΩ
Inventaraddierer:
Die Berechnung des erfindenden Addierers kann auf zwei Arten erfolgen. Am einfachsten geht es, wenn die Widerstände R2, R1 und R2 alle die gleichen Widerstandswerte haben wie im Beispiel (Weg 3). Wenn diese Widerstände zueinander ungleich sind (z. B. R2 hat einen anderen Wert als R1 und R2), dann sollte Methode 3 verwendet werden:
U in 1 = 0,1 Volt
U in 2 = 0,2 Volt
U in 3 = 0,3 Volt
R1 = 2,5 kΩ
R2 = 2,5 kΩ
R3 = 2,5 kΩ
R4 = 10 kΩ
Weg 1 (R1, R2 und R3 sind nicht gleich)
Weg 2 (R1, R2 und R3 sind gleich)
