Operationsverstärkerstufen

Operationsverstärkerstufen bezeichnen die typischen Bausteine, aus denen ein Operationsverstärker aufgebaut ist. Üblicherweise umfassen sie eine Differenzeingangsstufe, eine Verstärkungsstufe (VAS) und eine Ausgangsstufe. Die Stufen arbeiten zusammen, um eine hohe Open-Loop-Verstärkung zu ermöglichen und eine stabile Negative-Feedback-Schleife zu realisieren.

Die Differenzeingangsstufe besitzt eine differential gepaarte Transistorstruktur, sorgt für hohe Eingangsimpedanz und gute Gleichtaktunterdrückung (CMRR). Sie liefert die erste Verstärkung und wandelt das Differenzsignal in eine Form um, die von der Verstärkungsstufe verarbeitet werden kann. Zwischen erster und zweiter Stufe wird oft eine Miller-Kapazität platziert, um einen dominanten Pol für die Stabilität der Rückkopplung festzulegen.

Die Verstärkungsstufe liefert die Hauptverstärkung und treibt die Ausgangsstufe an. Die Ausgangsstufe bietet geringe Ausgangsimpedanz und ausreichende Lastfähigkeit; sie wird typischerweise als Emitterfolger-Stufe realisiert und arbeitet oft mit Class-AB-Biasing, um Verzerrungen zu minimieren.

Die Leistungsfähigkeit eines Op-Amps wird von Bandbreite und GBW (Gain-Bandwidth-Produkt), Slew-Rate, Rauschen und Verzerrung bestimmt. Die Stabilität ergibt sich aus der richtigen Kompensation (dominante Pole) und der Rückkopplung. In IC-Designs variieren diese Eigenschaften mit Prozess, Temperatur und Layout; verschiedene Typen zielen auf spezielle Anwendungen ab (Standard-, Low-Noise-, High-Speed- oder RA-Op-Amps).

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