Operationsverstärker in der Analogelektronik
Operationsverstärker (Op-Amps) sind universelle Bausteine der Analogelektronik. Sie besitzen eine sehr hohe Leerlaufverstärkung (typisch 100.000x oder 100 dB) und werden durch externe Rückkopplungswiderstände auf eine gewünschte Verstärkung eingestellt. Das Gain-Bandwidth-Produkt (GBW) ist ein wichtiger Kennwert: Es bleibt konstant – eine höhere Verstärkung bedeutet eine geringere nutzbare Bandbreite.
Invertierend: Av = -Rf/R1
Nichtinvertierend: Av = 1 + Rf/R1
Bandbreite = GBW / |Av|
f₋₃dB (Integrierer) = 1/(2π·Rf·C)
Häufig gestellte Fragen
Was ist der Unterschied zwischen invertierendem und nichtinvertierendem Verstärker? Beim invertierenden Verstärker ist das Ausgangssignal phasenverschoben um 180°, beim nichtinvertierenden ist das Signal in Phase. Die Mindestverstärkung beim nichtinvertierenden Verstärker beträgt 1 (Spannungsfolger).
Was bedeutet das Gain-Bandwidth-Produkt? Das GBW ist eine Herstellerangabe (z.B. LM741: 1 MHz, TL071: 3 MHz, AD8055: 300 MHz). Es gilt: GBW = Verstärkung × Bandbreite. Ein Op-Amp mit 1 MHz GBW und Verstärkung 10 hat nur 100 kHz nutzbarer Bandbreite.
Wie wähle ich den richtigen Op-Amp? Die Auswahl hängt von Bandbreite, Versorgungsspannung, Eingangsstrom, Rauschverhalten und Temperaturbereich ab. Für Audio: TL072, für Hochfrequenz: AD8055, für Batteriebetrieb: MCP6001.
Was ist ein virtueller Kurzschluss? Im Gegenkopplungsbetrieb sind invertierender und nichtinvertierender Eingang nahezu auf gleichem Potential – das nennt man virtuellen Kurzschluss oder virtuelle Masse beim invertierenden Verstärker.