Grundlagen Meßtechnik

Kapitel 2 - Signalkonditionierung

2.1.2 Operationsverstärker

Da in den Schaltungsbeispielen fast nur mit Operationsverstärkern (OP) gearbeitet wird, sollen hier kurz die Grund-schaltungen aufgezeigt und einige Begriffe definiert werden.

Bild 2.6 zeigt das Schaltungssymbol eines Operationsverstärkers

 Bild 2.6

Legt man an den positiven und negativen Eingang die gleiche Spannung Ug = Up = Un (Gleichtaktspannung) an, wird bei einem idealen OP die Ausgangsspannung zu Null Ua = 0. Aufgrund von OP-Internen Bauteiltoleranzen ist dies bei einem realen OP jedoch nicht der Fall.

Gleichtaktunterdrückung (common mode rejection ratio = CMRR)

Als Gleichtaktunterdrückung wird die Fähigkeit eines OP verstanden, Gleichtaktspannungen ausgangsseitig zu unterdrücken. Um diesen Wert beschreiben zu können, führt man zunächst die Gleichtaktverstärkung Ag ein. Diese Größe ist das maximale Verhältnis von Ausgangsspannung Ua zu Gleichtaktspannung, charakterisiert also den ungünstigsten Fall:

 Gleichung 2.9

Die Gleichtaktunterdrückung selbst ist nun das Verhältnis von offener Schleifenverstärkung A0 (Leerlaufverstärkung) zur Gleichtaktverstärkung Ag und wird meist in dB ausgedrückt:

 Gleichung 2.10

Typische Werte für G sind 60 .. 100 dB.

2.1.2.1 Invertierende Grundschaltung

Bild 2.7 zeigt die invertierende Grundschaltung eines OP. Der nichtinvertierende Eingang liegt auf Bezugspotential Up = 0. Da Un praktisch gleich Up ist, führt der invertierende Eingang ebenfalls Bezugspotential. Man bezeichnet daher diesen Punkt auch als virtuellen Nullpunkt.

Mit Ie = 0 (bzw. Ie << I1, I2) erhalten wir die Gleichungen:

 Gleichung 2.11

Bild 2.7

2.1.2.2 Nichtinvertierende Grundschaltung

Bild 2.8 zeigt die nichtinvertierende Grundschaltung des OP. Diese Schaltung zeichnet sich durch einen besonders hohen Eingangswiderstand aus. Nichtinvertierende Schaltungen erfordern OP's mit guten Gleichtakteigenschaften. Weil auch hier wieder Un und Up gleich sind, andererseits aber auch Up gleich Ue ist, kann Un bzw. Up jeden beliebigen Wert zwischen den Versorgungsspannungen annehmen.

Mit Ie = 0 (bzw. Ie << I1, I2) erhalten wir die Gleichungen:

 Gleichung 2.12

Bild 2.8

2.1.2.3 Beispiele

Es folgen jetzt in lockerer Reihenfolge weitere Grund- und Anwenderschaltungen:

2.1.2.3.1 Impedanzwandler

 Bild 2.9

2.1.2.3.2 Addierer

 Bild 2.10

2.1.2.3.3 Differenzverstärker Grundschaltung

 Bild 2.11

2.1.2.3.4 Instrumentationsverstärker

 Bild 2.12

2.1.2.3.5 Differenzverstärker

 Bild 2.13

2.1.2.3.6 Spannungsgesteuerte Stromquelle

 Bild 2.14

2.1.2.3.7 Stromquelle mit negativem Ausgangswiderstand

 Bild 2.15

2.1.2.3.8 Spannungsreferenz

 Bild 2.16

2.1.2.3.9 Symmetrierung einer Erdfreien Spannung

 Bild 2.17

2.1.2.3.10 Schnitt-Trigger Grundschaltung

 Bild 2.18

2.1.2.3.11 Schmitt-Trigger Anwendung

 Bild 2.19


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