Operationsverstärker

Operationsverstärker (OPV) ist ein integrierter Schaltkreis, der ein differenzielles Eingangssignal verstärkt und einen einzigen Ausgang liefert. Typische Bauformen besitzen zwei Eingänge: einen invertierenden (-) und einen nicht-invertierenden (+). Der offene Regelkreis besitzt eine sehr große Verstärkung, sodass das Verhalten des Verstärkers weitgehend durch die Rückkopplung bestimmt wird. Er wird breit in analogen Schaltungen verwendet, um Signale zu verstärken, zu summieren oder zu filtern.

Idealmodell: Ein idealer OPV besitzt unendliche Open-Loop-Verstärkung, unendliche Eingangsimpedanz, null Ausgangsimpedanz und unendliche Bandbreite. In der Praxis wird die gewünschte Verstärkung durch negative Rückkopplung mit externen Widerständen festgelegt, wodurch die Closed-Loop-Verstärkung robust gegenüber Änderungen der internen Eigenschaften wird.

Realweltliche Eigenschaften umfassen eine endliche Open-Loop-Verstärkung, endliche Eingangsimpedanz, geringe Gleichspannungs-Offsets (Vos) und Bias-Ströme, Offset-Drift, Rauschen sowie eine endliche Bandbreite und Slew-Rate. Wichtige Kennzahlen sind die Verstärkung-Bandbreite-Produkt (GBW), die Unity-Gain-Frequenz, das Eingangsoffset, der Eingangs- bzw. Ausgangsströme und die Fähigkeit, Signale innerhalb der Versorgungsspannung auszusteuern.

Typische Konfigurationen umfassen Inverterschaltung, Nicht-Inverter-Verstärker, Summierer, Differenzierer sowie Integrator- und Pufferstufen. Anwendungen reichen von Signalverstärkung und Aktivfiltern (Tief-, Hoch- und Bandpass) über Analogrechnungen bis zu Sensor- und Messverarbeitung in analogen Systemen.

Praktische Aspekte betreffen Versorgungsspannungen, Stabilität bei Lasten, Temperaturdrift und notwendige Gegenmaßnahmen wie Frequenzkompensation und geeignete Schaltungsdesigns, um Verzerrungen und Instabilität zu minimieren.