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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 Definition Blockschaltbilder / Schaltzeichen Ansteuerung Idealer Operationsverstärker II. Realer Operationsverstärker 06.12.2006 Grundschaltungen Der standard-Typ (TL072) Vergleichstabelle (Idealer / Realer Operationsverstärker) Anwendungsbeispiele Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 2 I. Einführung Definition 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 Ein galvanisch gekoppelter Differenzverstärker für Gleich- und Wechselspannung Abk.:OP,OV,OPV, OpAmp. 3 I. Einführung Blockschaltbild 06.12.2006 Differenzverstärker Verstärkerstufe Kurzschlusssicherung Gegentaktverstärker Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 4 I. Schaltzeichen Einführung nach DIN 40900 T.10 (Veraltet) 06.12.2006 T.13 (Aktuell) Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 5 I. Einführung Ansteuerung Wird OFT symmetrisch mit 2 identischen Gleichspannungen betrieben. Häufige Betriebspannungen : ±5V,±12V und ±15V. Manchmal auch ±18V 06.12.2006 Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 6 I. Einführung 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 Grundschaltungen a. Subtrahierer R2 Ua UE 2 1k R1 - Ue1 1k R3 Ue1 OUT + 1k Ue2 Ue2 OPAMP R1 R 2 R4 R2 UE1 R1 R3 R 4 R1 Ua R4 1k 20V 0V Ist R1=R2=R3=R4, Ua=UE2 - UE1 (siehe Graph) 06.12.2006 Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 20V 0s - 10ms 20ms V(R2:2) V(R1:1) 30ms V(V2:+) Time 40ms 50ms 60ms 9 II. Realer OPV Grundschaltungen b. Invertierender Betrieb R2 R1 OPAMP - 1k Ue Ua R2 Ue R1 5k OUT + Ua 10V 0V 180 0 -10V 0s 06.12.2006 Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 10ms 20ms V(R2:2) V(V6:+) 30ms 40ms 50ms 60ms Time 10 II. Realer OPV Grundschaltungen c. Nichtinvertierender Betrieb Ua R2 1 Ue R1 + OUT - OPAMP R2 1k Ua Ue 10V R1 1k 0 0 0V Ist R2=0, R1=, Schaltung=Impedanzwandler 06.12.2006 -10V 0s Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 10ms V(U7A:OUT) 20ms V(V6:+) 30ms Time 40ms 50ms 11 60ms II. Realer OPV d. Impedanzwandler Grundschaltunge n + OUT - OPAMP Ua Ue 2..0V Re Ra 0 Verstärkungsfaktor(Vu ) 1 0V -2.0V0s V(U7A:-) 20ms V(V6:+) 40ms 60ms Time 06.12.2006 Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 12 II. Realer OPV Grundschaltungen e. Addierer R1 RK URk 1k R2 - Ue1 1k Ue2 R3 Ua U RK 1K OPAMP OUT + Ua 1k Ue3 10V U RK ( I1 I 2 I 3 ...) RK 0V Ist R1=R2=R3=RK, -Ua=U1+U2+U3+... (Siehe Graph) Operationsverstärker -10V 0s 06.12.2006 10ms 20ms V(V1:+) V(V2:+) Raphael Ndip-Agbor 30ms 40ms 50ms 60ms Time V(U7A:OUT) V(v3:+) 13 II. Realer OPV Grundschaltungen f. Differentiator Ue Ua R C t R2 1k R1 C1 1k 1n + OUT - Ue OPAMP Ua 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 Grundschaltungen g. Integrator Ua nimmt mit steigender Frequenz ab. C2 R2 ist Ue = Konst. Dann ist Ua=-Ue 1n 1k R1 Ue Ie Ic R1 + 1k OUT - Ue OPAMP Ua 06.12.2006 Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 15 II. Realer OPV Grundschaltungen h. Der Schmitt-Trigger R2 Schaltzeichen 1k R1 + 1k OUT - OPAMP Ue Ua 20V Mitkopplung Sinus-rechteck-Wandler Trigger-Bedingung (Schwellwertschalter) (Sensor + Aktor) 06.12.2006 0V -20V 0s 10ms V(U7A:OUT) Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 20ms V(V2:+) 30ms 40ms 50ms 60ms Time 16 II. Realer OPV –Der TL072 Pinbelegung 06.12.2006 Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 17 II. Realer OPV –Der TL072 (Wichtige Daten ) Slew Rate (Spannungsanstiegsrate): 13V/s Noise: 18 nanovolts per root Hertz Rail Voltages: +/- 2V min, 15V max Input offset: 2 mV Input Resistance: 1 TeraOhm (! On a dry day!!) Input current: 30 picoAmps Voltage Gain (Vu) 100,000 Supply Current: 1.2 mA (071), 2.4 mA (072) Output Load: not less than 2 kOhm Input Transistor: JFET Cost / weight 0.15€…0.19€ (Reichelt) / 0.0004Kg 06.12.2006 Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 18 II. Realer / idealer OPV - Vergleichstabelle Eigenschaft Slew Rate Vu Ue Ua Ansteuerbarkeit 06.12.2006 TL072 13v/s 100,000 10¹² > 2KΩ +/- 2V min, 15V max Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor Idealer OPV 0 Betriebspann ung 19 II. Realer OPV Anwendungsbeispiele Schmitt-Trigger, Impedanzwandler, Strom- Spannungswandler, usw Ua R Ie Wandelt einen Eingangstrom (Ie) in eine Proportionale Spannung (Ua) um. besitzt einen niedrigen (differentiellen) Eingangswiderstand wird häufig zur Verstärkung von Signalen aus Stromquellen verwendet. 06.12.2006 Operationsverstärker Raphael Ndip-Agbor 20 Quellen 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.stAndrews.ac.uk/~jcgl/Scots_Guide/datasheets/Opamps/071.html http://de.wikipedia.org/wiki/Operationsverst%C3%A4rker#StromSpannungs-Wandler Tkotz, Klaus : Fachkunde Elektrotechnik, 22. Auflage 1999 S. 219 Wilke Technology (PocketCards) 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
