Operationsverstärker Einführung, Grundlagen Technik und Anwendungen

2. Verstärker

Wird der Ausgang nicht direkt auf einen Eingang rückgekoppelt erhält man einen Verstärker mit einstellbarer Verstärkung k.

2.1 Nicht invertierender Spannungsverstärker

Die Empfindlichkeit dieses Verstärkers wird durch das Verhältniss der Widerstände R1 und R2 bestimmt. Sie errechnet sich aus folgender Formel:

Benötigt man zum Beispiel eine Verstärkung um den Faktor 10, so wählt könnte man R1 = 90k und R2 = 10k wählen.

Der Eingangswiderstand dieses Verstärkers wird fast ausschließlich vom OPAMP bestimmt und kann als unendlich angenommen werden. Der Ausgangswiderstand hingegen beinahe 0 Ohm. Mit dieser Schaltung ist ein maximaler Verstärkungsfaktor von etwa 1000 möglich. Benötigt man eine noch größere Verstärkung können 2 nicht invertierende Verstärker hintereinander geschaltet werden.

Diese Schaltung kann aufgrund des fast nicht vorhandene Innenwiderstands als ideale Konstantspannungsquelle verwendet werden, oder zur Pegelanpassung für bspw. einen AD-Wandler genutzt werden.

2.2 Invertierender Spannungsverstärker

Die Verstärkung errechnet sich nach folgender Formel:

Die Formel für die Ausgangsspannung entspricht der des nicht invertierenden Verstärkers. Der Eingangswiderstand geht hier jedoch nicht gegen unendlich, sondern entspricht nur etwa dem Wert R1. Daher sollte dieser möglichst groß Gewählt werden. Der Ausgangswiderstand beträgt ebenfalls 0 Ohm.

Diese Schaltung wird vor allem bei aktiven Filtern verwendet. Dazu werden Kapazitäten entweder parallel zu R2 (Tiefpässe) oder in Reihe zu R1 (Hochpässe) geschaltet.

2.3 Invertierender Stromverstärker

Die beiden bisher vorgestellten Verstärker waren beide Spannungsverstärker. Es lässt sich aus einem OP jedoch auch ein Stromverstärker aufbauen, welcher aus einem Strom mit einem eingestellten Wert multipliziert und diesen Wert als Spannung ausgibt. Die Schaltung entspricht der des invertierenden Verstärkers ohne den Widerstand R1.

Der Eingangswiderstand dieser Schaltung beträgt hier zweckmäßigerweise nahzu 0 Ohm. Die Verstärkung entspricht hier dem betragsmäßig R1.

Soll beispielsweise ein Strom der 0-5mA betragen kann mit einem Messgerät, welches einen Eingangsbereich von 0-10V besitzt gemessen werden, errechnet sich k aus 10V/0,005A = -2000 und damit ein Widerstand R1 von 2000 Ohm. Allerdings erhält man dann eine Ausgangsspannung von -10V. Wird eine positive Polarität benötigt, schaltet man einen invertierenden Spannungsverstärker mit einer Verstärkung von 1 nach, und erhält die gewünschten 0-10V proportional zum Strom Ie.

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