Moderne Operationsverstärkertypen Betrachtet man den

Moderne Operationsverstärkertypen
Betrachtet man den Operationsverstärker aus systemtheoretischer Sicht als
spannungsgesteuerte Spannungsquelle so drängt sich die Konsequenz auf, auch die drei
anderen Varianten gesteuerter Quellen als idealisierte Bauelemente einzuführen. Mit der
rasanten Steigerung des Integrationsgrades analoger integrierter Schaltkreise in den letzten
Jahren werden auch von den Herstellern zunehmend solch ideale Verstärkertypen angeboten.
Eine Systematisierung auf der Basis gesteuerter Quellen führt zur Einteilung entsprechend
Tabelle 1. Die Namen dieser Verstärkertypen zeigen bereits, dass sie wichtige Baugruppen
der Elektronik darstellen, die bisher diskret realisiert werden mussten. Ihre Verfügbarkeit als
ideale Bausteine ermöglicht völlig neue Schaltungskonzepte. Da sich diese
Operationsverstärkertypen in ihren wichtigsten Eigenschaften stark unterscheiden, muss dies
auch in den Schaltsymbolen zum Ausdruck kommen.
Tabelle 1 Operationsverstärkertypen
Gesteuerte Quelle
Verstärkertyp
Spannungsgesteuerte
Spannungsverstärker
Spannungsquelle
Stromgesteuerte
Spannungs-Strom-Wandler
Spannungsquelle
Transadmittanzverstärker
Spannungsgesteuerte
Strom-Spannungs-Wandler
Stromquelle
Transimpedanzverstärker
Stromgesteuerte Stromquelle
Stromverstärker
Kurzbezeichnung
VV-OPV
VC-OPV
CV-OPV
CC-OPV
Bild 1 Schaltsymbole und Kleinsignalersatzschaltungen der Operationsverstärkertypen a)
VV-OPV, b) VC-OPV, c) CV-OPV, d) CC-OPV
Eigenschaften der Operationsverstärkertypen:
•
•
•
OPV mit Spannungsausgang besitzen einen niederohmigen Ausgang, der als
Spannungsquelle wirkt.
OPV mit Stromausgang besitzen einen hochohmigen Ausgang, der als Stromquelle wirkt.
OPV mit Spannungseingang besitzen zwei hochohmige Eingänge. Sie werden durch die
Differenzeingangsspannung UD gesteuert. Die Eingangsströme gehen im Idealfall gegen
null.
•
OPV mit Stromeingang besitzen einen niederohmigen N-Eingang (invertierend) und
werden durch den Strom IN gesteuert. Die zwischen beiden Eingängen liegende
Differenzspannung UD resultiert aus dem Eingangswiderstand re der Schaltung, der im
Idealfall gegen null geht. Diese Operationsverstärker gibt es in zwei Varianten. Der Typ I
(CV-I-OPV, CC-I-OPV) besitzt einen hochohmigen P-Eingang (nichtinvertierend), so
dass der Strom IP gegen null geht. Beim Typ II (CV-II-OPV,CC-II-OPV) führen beide
Eingänge der gleichen Strom (IP = IN). Ein zwischen dem P-Eingang und dem N-Eingang
liegender Spannungsfolger bestimmt die Größe des Stromes IN (bzw. beim Typ I auch IP)
im Zusammenspiel mit der äußeren Beschaltung des CV-OPV durch sein Bestreben, beide
Eingänge auf das gleiche Potenzial (UD = 0) zu bringen.
Das Konzept des altbewährten VV-OPV geht von einem Verstärker mit möglichst großer
Spannungsverstärkung (VD → ∞) aus und erfordert zur Realisierung einer Schaltung mit
endlicher Spannungsverstärkung eine externe Gegenkopplung des OPV.
Beim VC-OPV, auch Spannungs-Strom-Wandler oder Steilheitsverstärker genannt, ist dieses
Prinzip schwieriger zu realisieren. Deshalb besitzen die VC-OPVs eine Möglichkeit zur
Einstellung einer definierten Übertragungssteilheit SD. Meist geschieht dies durch Einspeisen
eines entsprechenden Steuerstroms in einen zusätzlichen Steuereingang. Dadurch können
diese OPVs ohne ein zusätzliches Rückkoppelnetzwerk genutzt werden. Die
schaltungstechnische Anwendung vereinfacht sich erheblich. Ein typisches Beispiel ist der
LM 13600 der Firma National Semiconductor.
Die Stromverstärker-OPVs (CC-OPV) verfügen immer über eine fest vorgegebene
Stromverstärkung KI. Deren Werte sind gewöhnlich nicht größer als 8.
CV-OPVs besitzen eine den CC-OPVs vergleichbare Eingangsstufe, einen internen StromSpannungs-Wandler mit nachfolgendem Spannungsverstärker. Durch diese Kombination
lassen sich extrem hohe Übertragungswiderstände ZT erzielen.
Die Schaltungen all dieser modernen Operationsverstärkertypen sind meist in zwei oder drei
Teilschaltungen untergliedert wodurch diese Exemplare multivalent einsetzbar sind.
Beispiele:
• OPA660: Besteht aus einem CC-OPV (hier Diamond-Transistor genannt) und einem
CV-OPV die extern verbunden werden können.
• OPA622: Enthält die teilweise Verkopplung eines CC-OPV (Diamond- Transistor),
eines CV-OPV (Output-Buffer) und eines VC-OPV (Feed-Back-Buffer).
• LT1228: Kopplung eines VC-OPV und eines VV-OPV. Zwischen beiden erfolgt die
Strom-Spannungs-Wandlung an einem externen Widerstand.
Diese modernen OPV-Typen zeichnen sich weiterhin durch Schaltungskonzepte aus, die zu
hohen oberen Grenzfrequenzen der Verstärker führen.
Weitere Informationen siehe Reinhold: Elektronische Schaltungstechnik. Hanser Verlag,
S.144