Technische Definition
Eine Operationsverstärker-Schaltung ist eine spezialisierte elektronische Schaltung, die Operationsverstärker (Op-Amps) verwendet, um Signalaufbereitungsfunktionen wie Verstärkung, Filterung, Integration, Differentiation oder Pufferung auszuführen. Sie wird typischerweise auf einer Leiterplatte (PCB) als Teil eines größeren Signalaufbereitungssystems implementiert und bereitet analoge Signale für die weitere Verarbeitung oder Messung vor. Die Schaltungskonfiguration, einschließlich externer Widerstände und Kondensatoren, bestimmt Verstärkung, Bandbreite und Frequenzgang. Op-Amps sind hochverstärkende Spannungsverstärker mit differenziellen Eingängen; sie verstärken die Spannungsdifferenz zwischen ihren Eingangsanschlüssen. Übliche Konfigurationen sind invertierende, nichtinvertierende und Differenzverstärker. Die Schaltung kann mit diskreten Op-Amp-ICs oder in ein größeres IC integriert aufgebaut sein. Typische Materialien umfassen Silizium (für den Op-Amp-IC), FR-4 (PCB-Substrat), Kupfer (Leiterbahnen) und Lot. Wichtige Parameter bei der Auswahl oder Überprüfung einer Operationsverstärker-Schaltung sind: Versorgungsspannung (typisch ±2,5 bis ±18 V DC, mit Einzelversorgung bis 36 V), Eingangs-Offsetspannung (0,1–5 mV), Eingangs-Biasstrom (1–500 nA), Verstärkungs-Bandbreite-Produkt (1–100 MHz), Slew Rate (0,5–20 V/µs), Betriebstemperaturbereich (-40 bis 85 °C, Industriequalität), Eingangsspannungsbereich (0 bis Vcc-1,5 V), Ausgangsspannungsbereich (0,1 bis Vcc-0,1 V), Gleichtaktunterdrückung (70–120 dB), Versorgungsspannungsunterdrückung (80–120 dB), Gehäusetyp (z. B. SOT-23-5, SOIC-8, DIP-8, QFN) und Gewicht (0,01–0,5 g). Diese Werte sind typische Bereiche; die tatsächlichen Spezifikationen hängen vom spezifischen Op-Amp-Modell und Schaltungsdesign ab. Überprüfen Sie vor dem Kauf oder der Verwendung immer die modellspezifischen Werte und Normen mit dem Hersteller oder Lieferanten. Modellspezifische Werte und anwendbare Normen sind vor der Beschaffung mit dem rechtlichen Hersteller oder Lieferanten zu prüfen.
Funktionsprinzip
Operationsverstärker (Op-Amps) sind hochverstärkende Spannungsverstärker mit differenziellen Eingängen. In einer Schaltungskonfiguration (z. B. invertierend, nichtinvertierend, differenziell) setzen externe Widerstände und Kondensatoren die Verstärkung, Bandbreite und den Frequenzgang. Der Op-Amp verstärkt die Spannungsdifferenz zwischen seinen Eingangsanschlüssen und erzeugt ein Ausgangssignal, das gemäß dem Schaltungsdesign aufbereitet ist. Das Rückkopplungsnetzwerk bestimmt die geschlossene Verstärkung und Stabilität. Zum Beispiel wird bei einem invertierenden Verstärker die Verstärkung durch das Verhältnis von Rückkopplungswiderstand zu Eingangswiderstand festgelegt. Die hohe offene Verstärkung und Rückkopplung des Op-Amps gewährleisten vorhersehbare Leistung. Die Schaltung arbeitet innerhalb der spezifizierten Versorgungsspannungs- und Temperaturbereiche, und ihre Leistung wird durch Parameter wie Eingangs-Offsetspannung, Biasstrom, Slew Rate und Bandbreite charakterisiert.
