Operationsverstärker

Ein Operationsverstärker oder Operationsverstärker ist ein Differenzverstärker mit sehr hoher Verstärkung mit hoher Eingangsimpedanz und niedriger Ausgangsimpedanz. Operationsverstärker werden typischerweise verwendet, um Spannungsamplitudenänderungen, Oszillatoren, Filterschaltungen usw. bereitzustellen. Ein Operationsverstärker kann eine Anzahl von Differenzverstärkerstufen enthalten, um eine sehr hohe Spannungsverstärkung zu erzielen.

Dies ist ein Differenzverstärker mit hoher Verstärkung, der eine direkte Kopplung zwischen dem Ausgang und dem Eingang verwendet. Dies ist sowohl für Gleichstrom- als auch für Wechselstrombetriebe geeignet. Operationsverstärker erfüllen neben verschiedenen mathematischen Operationen zahlreiche elektronische Funktionen wie Instrumentierungsgeräte, Signalgeneratoren, aktive Filter usw. Dieses vielseitige Gerät wird auch in vielen nichtlinearen Anwendungen verwendet, z. B. in Spannungskomparatoren, Analog-Digital-Wandlern und Digital-Analog-Wandlern, logarithmischen Verstärkern, nichtlinearen Funktionsgeneratoren usw.

Grundlegender Differenzverstärker

Die folgende Abbildung zeigt einen grundlegenden Differenzverstärker -

In der obigen Abbildung -

• V_DI = Differenzeingang

• V_DI= V ₁ - V ₂

• V_DO = Differenzausgang

• V_DO= V _C1 - V _C2

Dieser Verstärker verstärkt die Differenz zwischen den beiden Eingangssignalen V ₁ und V ₂ .

Differenzspannungsverstärkung,

$$ A_d = \ frac {V_ {DO}} {V_ {DI}} $$

und

$$ A_d = \ frac {(V_ {C1} - V_ {C2})} {V_ {DI}} $$

Wie in der folgenden Abbildung gezeigt, besteht der Basis-Operationsverstärker aus drei Stufen:

Eingangsstufe

Dies ist die erste Stufe und weist die folgenden Eigenschaften auf.

• Hohe CMR (Common Mode Rejection)
• Hohe Eingangsimpedanz
• Breite Bandbreite
• Niedriger (DC) Eingangsoffset

Dies sind einige wichtige Merkmale für die Leistung des Operationsverstärkers. Diese Stufe besteht aus einer Differenzverstärkerstufe und ein Transistor ist vorgespannt, so dass er als Konstantstromquelle wirkt. Die Konstantstromquelle erhöht das CMR des Differenzverstärkers erheblich.

Es folgen die beiden Eingänge des Differenzverstärkers -

• V ₁ = nicht invertierender Eingang
• V ₂ = Eingang invertieren

Fortgeschrittenes Stadium

Dies ist die zweite Stufe und wurde entwickelt, um bessere Spannungs- und Stromverstärkungen zu erzielen. Die Stromverstärkung ist erforderlich, um ausreichend Strom zu liefern, um die Ausgangsstufe anzutreiben, in der der größte Teil der Operationsverstärkerleistung erzeugt wird. Diese Stufe besteht aus einem oder mehreren Differenzverstärkern, gefolgt von einem Emitterfolger und einer DC-Pegelverschiebungsstufe. Die Pegelverschiebungsschaltung ermöglicht es einem Verstärker, zwei Differenzeingänge mit einem einzigen Ausgang zu haben.

V out = + ve	wenn V 1 > V 2
V out = -ve	wenn V 2 <V 1
V out = 0	wenn V 1 = V 2

Ausgangsstufe

Dies ist die letzte Stufe des Operationsverstärkers und ist auf eine niedrige Ausgangsimpedanz ausgelegt. Dies liefert den erforderlichen Strom, um die Last anzutreiben. Bei wechselnder Last wird mehr oder weniger Strom aus der Ausgangsstufe entnommen. Daher ist es wichtig, dass die vorherige Stufe arbeitet, ohne von der Ausgangslast beeinflusst zu werden. Diese Anforderung wird erfüllt, indem diese Stufe so ausgelegt wird, dass sie eine hohe Eingangsimpedanz und eine hohe Stromverstärkung aufweist, jedoch mit einer niedrigen Ausgangsimpedanz.

Der Operationsverstärker hat zwei Eingänge: Non-inverting input und Inverting input.

Die obige Abbildung zeigt den invertierenden Typ des Operationsverstärkers. Ein Signal, das am invertierenden Eingangsanschluss angelegt wird, wird verstärkt, das Ausgangssignal ist jedoch um 180 Grad phasenverschoben zum Eingangssignal. Ein am nichtinvertierenden Eingangsanschluss angelegtes Signal wird verstärkt und das Ausgangssignal ist mit dem Eingangssignal in Phase.

Der Operationsverstärker kann in einer großen Anzahl von Schaltkreisen angeschlossen werden, um verschiedene Betriebseigenschaften bereitzustellen.