Im folgenden Artikel diskutieren wir die Hauptparameter des Operationsverstärkers und die zugehörigen grundlegenden Anwendungsschaltungen des Operationsverstärkers mit Gleichungen, um ihre spezifischen Komponentenwerte zu lösen.
Operationsverstärker (Operationsverstärker) sind eine spezialisierte Art von integrierten Schaltkreisen, die einen direkt gekoppelten Verstärker mit hoher Verstärkung enthalten, dessen Gesamtantwortcharakteristik durch eine Rückkopplung angepasst wird.
Der Operationsverstärker leitet seinen Namen von der Tatsache ab, dass er eine Vielzahl mathematischer Berechnungen ausführen kann. Aufgrund seines Ansprechverhaltens wird ein Operationsverstärker auch als lineare integrierte Schaltung bezeichnet und ist die Kernkomponente vieler analoger Systeme.
Ein Operationsverstärker verfügt über eine außerordentlich hohe Verstärkung (möglicherweise nahe unendlich), die über eine Rückkopplung angepasst werden kann. Das Hinzufügen von Kondensatoren oder Induktivitäten zum Rückkopplungsnetzwerk kann zu einer Verstärkung führen, die sich mit der Frequenz ändert und den Gesamtbetriebszustand der integrierten Schaltung beeinflusst.
Wie in der obigen Abbildung gezeigt, ist der grundlegende Operationsverstärker ein Gerät mit drei Anschlüssen und zwei Eingängen und einem Ausgang. Die Eingangsanschlüsse werden als 'invertierend' oder 'nicht invertierend' klassifiziert.
Operationsverstärker-Parameter
Wenn er mit gleichen Eingangsspannungen versorgt wird, ist der Ausgang des idealen Operationsverstärkers oder 'Operationsverstärkers' Null oder '0 Volt'.
VIN 1 = VIN 2 ergibt VOUT = 0
Praktische Operationsverstärker haben einen unvollkommen symmetrischen Eingang, was dazu führt, dass ungleichmäßige Vorströme durch die Eingangsanschlüsse fließen. Um den Ausgang des Operationsverstärkers auszugleichen, muss eine Eingangsoffsetspannung zwischen den beiden Eingangsanschlüssen bereitgestellt werden.
1) Eingangsvorspannungsstrom
Wenn der Ausgang symmetrisch ist oder wenn V AUS = 0, der Eingangsruhestrom (I B ) ist gleich der Hälfte der gesamten Einzelströme, die in die beiden Eingangsanschlüsse eintreten. Es ist oft eine sehr kleine Zahl; zum Beispiel ich B = 100 nA ist ein normaler Wert.
2) Eingangsoffsetstrom
Die Differenz zwischen jedem einzelnen Strom, der die Eingangsklemmen erreicht, ist als Eingangs-Offsetstrom (I Dies ). Auch hier ist es oft von extrem niedrigem Wert; Ein gemeinsamer Wert ist beispielsweise I Dies = 10 nA.
3) Eingangsoffsetspannung
Um den Operationsverstärker im Gleichgewicht zu halten, wird eine Eingangsoffsetspannung V Dies muss über den Eingangsanschluss angelegt werden. Normalerweise ist der Wert von V Dies ist = 1 mV.
Werte von I Dies und v Dies können beide mit der Temperatur variieren, und diese Variation wird als I bezeichnet Dies Drift und V Dies driften bzw.
4) Stromversorgungsunterdrückungsverhältnis (PSRR)
Das Verhältnis der Änderung der Eingangsoffsetspannung zur entsprechenden Änderung der Stromversorgungsspannung ist als Stromversorgungsunterdrückungsverhältnis oder PSRR bekannt. Diese liegt oft im Bereich von 10 bis 20 uV/V.
Zusätzliche Parameter für Operationsverstärker, die erwähnt werden könnten, sind:
5) Open-Loop-Verstärkung/Closed-Loop-Verstärkung
Die Open-Loop-Verstärkung bezieht sich auf die Verstärkung eines Operationsverstärkers ohne Rückkopplungsschaltung, während sich die Closed-Loop-Verstärkung auf die Verstärkung eines Operationsverstärkers mit einer Rückkopplungsschaltung bezieht. Es wird allgemein als A dargestellt d .
6) Gleichtaktunterdrückungsverhältnis (CMRR)
Dies ist das Verhältnis des Differenzsignals zum Gleichtaktsignal und dient als Maß für die Leistungsfähigkeit eines Differenzverstärkers. Wir verwenden Dezibel (dB), um dieses Verhältnis auszudrücken.
7) Anstiegsgeschwindigkeit
Die Anstiegsgeschwindigkeit ist die Rate, mit der sich die Ausgangsspannung eines Verstärkers unter Großsignalbedingungen ändert. Sie wird mit der Einheit V/us dargestellt.
Grundlegende Anwendungsschaltungen für Operationsverstärker
In den folgenden Abschnitten lernen wir einige interessante Grundschaltungen von Operationsverstärkern kennen. Jedes der grundlegenden Designs wird mit Formeln erklärt, um ihre Komponentenwerte und -merkmale zu lösen.
VERSTÄRKER ODER PUFFER
Die Schaltung für einen invertierenden Verstärker oder Inverter ist in Abbildung 1 oben zu sehen. Die Verstärkung der Schaltung ist gegeben durch:
Aus = - R2/R1
Beachten Sie, dass die Verstärkung negativ eins ist, was anzeigt, dass die Schaltung als phasenumkehrender Spannungsfolger arbeitet, wenn die beiden Widerstände gleich sind (d. h. R1 = R2). Der Ausgang wäre identisch mit dem Eingang, mit umgekehrter Polarität.
In Wirklichkeit können die Widerstände für eine Einheitsverstärkung entfernt und durch direkte Überbrückungsdrähte ersetzt werden, wie in Abb. 2 unten gezeigt.
Dies ist möglich, weil in dieser Schaltung R1 = R2 = 0 ist. Typischerweise wird R3 von der invertierenden Spannungsfolgeschaltung entfernt.
Der Ausgang des Operationsverstärkers verstärkt das Eingangssignal, wenn R1 kleiner als R2 ist. Wenn beispielsweise R1 2,2 K und R1 22 K beträgt, könnte die Verstärkung wie folgt ausgedrückt werden:
Aus = -22.000/2.200 = -10
Das negative Symbol bezeichnet eine Phaseninversion. Die Eingangs- und Ausgangspolaritäten sind vertauscht.
Indem R1 größer als R2 gemacht wird, kann dieselbe Schaltung auch das Eingangssignal dämpfen (die Stärke verringern). Wenn beispielsweise R1 120 K und R2 47 K beträgt, wäre die Schaltungsverstärkung ungefähr:
Aus = 47.000/120.000 = - 0,4
Auch hier ist die Polarität des Ausgangs umgekehrt zu der des Eingangs. Obwohl der Wert von R3 nicht besonders wichtig ist, sollte er ungefähr gleich der parallelen Kombination von R1 und R2 sein. Welches ist:
R3 = (R1 x R2)/(R1 + R2)
Um dies zu demonstrieren, betrachten Sie unser vorheriges Beispiel, in dem R1 = 2,2 K und R2 = 22 K. Der Wert von R3 sollte in dieser Situation ungefähr sein:
R3 = (2200 x 22000)/(2200 + 22000) = 48.400.000/24.200 = 2000 Ω
Wir können den nächsten Standardwiderstandswert für R3 wählen, da der genaue Wert nicht erforderlich ist. In diesem Fall könnte ein 1,8-K- oder ein 2,2-K-Widerstand verwendet werden.
Die durch die Schaltung in Fig. 2 erzeugte Phaseninversion kann in einigen Situationen nicht akzeptabel sein. Um den Operationsverstärker als nichtinvertierenden Verstärker (oder wie einen einfachen Puffer) zu verwenden, schließen Sie ihn wie in Abb. 3 unten dargestellt an.
Die Verstärkung in dieser Schaltung wird wie folgt ausgedrückt:
Aus = 1 + R2/R1
Ausgang und Eingang haben die gleiche Polarität und sind in Phase.
Beachten Sie, dass die Verstärkung immer mindestens 1 (Einheit) betragen muss. Es ist nicht möglich, Signale mit einer nicht invertierenden Schaltung zu dämpfen (reduzieren).
Die Verstärkung der Schaltung ist vergleichsweise stärker, wenn der R2-Wert deutlich größer als R1 ist. Wenn beispielsweise R1 = 10 K und R2 = 47 K ist, ist die Verstärkung des Operationsverstärkers wie folgt:
Aus = 1 + 470.000/10.000 = 1 + 47 = 48
Wenn R1 jedoch deutlich größer als R2 ist, beträgt die Verstärkung nur etwas mehr als Eins. Wenn beispielsweise R1 = 100 K und R2 = 22 K ist, wäre die Verstärkung:
Aus = 1 + 22.000/100.000 = 1 + 0,22 = 1,22
Falls die beiden Widerstände identisch sind (R1 = R2), wäre die Verstärkung immer 2. Um sich davon zu überzeugen, versuchen Sie die Verstärkungsgleichung in einigen Szenarien.
Eine spezielle Situation liegt vor, wenn beide Widerstände auf 0 gesetzt sind. Mit anderen Worten, wie in Abb. 4 unten zu sehen ist, werden anstelle der Widerstände direkte Verbindungen verwendet.
Der Gewinn beträgt in diesem Fall genau eins. Dies entspricht der Verstärkungsformel:
Aus = 1 + R2/R1 = 1 + 0/0 = 1
Eingang und Ausgang sind identisch. Zu den Anwendungen für diese nicht invertierende Spannungsfolgerschaltung gehören Impedanzanpassung, Isolierung und Puffer.
ADDER (Summierverstärker)
Eine Anzahl von Eingangsspannungen könnte unter Verwendung eines Operationsverstärkers hinzugefügt werden. Wie in Abb. 5 unten dargestellt, werden die Eingangssignale V1, V2, … Vn über die Widerstände R1, R2, … Rn an den Operationsverstärker angelegt.
Diese Signale werden dann kombiniert, um das Ausgangssignal zu erzeugen, das gleich der Summe der Eingangssignale ist. Die folgende Formel kann verwendet werden, um die tatsächliche Leistung des Operationsverstärkers als Addierer zu berechnen:
VOUT = - Ro ((V1/R1) + (V2/R2) . . . + (Vn/Rn))
Siehe das negative Symbol. Dies bedeutet, dass der Ausgang invertiert wurde (die Polarität ist umgekehrt). Mit anderen Worten, diese Schaltung ist ein invertierender Addierer.
Die Schaltung kann so geändert werden, dass sie als nicht invertierender Addierer funktioniert, indem die Verbindungen zu den invertierenden und nicht invertierenden Eingängen des Operationsverstärkers umgeschaltet werden, wie in 6 unten dargestellt.
Die Ausgangsgleichung könnte vereinfacht werden, indem angenommen wird, dass alle Eingangswiderstände identische Werte haben.
VOUT = - Ro ((V1 + V2 . . . + Vn)/R)
DIFFERENZVERSTÄRKER
Abb. 7 oben zeigt die Grundschaltung eines Differenzverstärkers. Die Komponentenwerte werden so eingestellt, dass R1 = R2 und R3 = R4. Daher kann die Leistung der Schaltung mit der folgenden Formel berechnet werden:
VOUT = Fahrgestellnummer 2 - Fahrgestellnummer 1
Nur solange der Operationsverstärker akzeptieren kann, dass die Eingänge 1 und 2 unterschiedliche Impedanzen haben (Eingang 1 hat eine Impedanz von R1 und Eingang 2 hat eine Impedanz von R1 plus R3).
Addierer/Subtrahierer
Abbildung 8 oben zeigt die Konfiguration für eine Operationsverstärker-Addierer/Subtrahierer-Schaltung. Für den Fall, dass R1 und R2 die gleichen Werte haben und R3 und R4 ebenfalls auf die gleichen Werte eingestellt sind, dann gilt:
VAUS = (V3 + V4) - (V1 - V2)
Mit anderen Worten, Vout = V3 + V4 ist die Summe der Eingänge V3 und V4, während es sich um die Subtraktion der Eingänge V1 und V2 handelt. Die Werte für R1, R2, R3 und R4 werden so ausgewählt, dass sie den Eigenschaften des Operationsverstärkers entsprechen. R5 sollte gleich R3 und R4 sein, und R6 sollte gleich R1 und R2 sein.
MULTIPLIKATOR
Einfache Multiplikationsoperationen können mit der in Fig. 9 oben gezeigten Schaltung durchgeführt werden. Beachten Sie, dass dies die gleiche Schaltung wie in Abb. 1 ist. Um eine konsistente Verstärkung (und anschließend eine Vervielfachung der Eingangsspannung im Verhältnis R2/R1) und präzise Ergebnisse zu erzielen, verwenden Sie Präzisionswiderstände mit den vorgeschriebenen Werten für R1 und R2 sollte benutzt werden. Insbesondere wird die Ausgangsphase durch diese Schaltung invertiert. Die Spannung am Ausgang ist gleich:
VOUT = - (VIN x Aus)
wobei Av die Verstärkung ist, wie durch R1 und R2 bestimmt. VOUT und VIN sind die Ausgangs- bzw. Eingangsspannungen.
Wie in Abb. 10 oben zu sehen ist, kann die Multiplikationskonstante geändert werden, wenn R2 ein variabler Widerstand (Potentiometer) ist. Um die Steuerwelle herum können Sie eine Kalibrierungsskala mit Markierungen für verschiedene gängige Verstärkungen anbringen. Die Multiplikationskonstante kann unter Verwendung eines kalibrierten Messwerts direkt von dieser Skala abgelesen werden.
INTEGRATOR
Ein Operationsverstärker funktioniert zumindest theoretisch als Integrator, wenn der invertierende Eingang über einen Kondensator mit dem Ausgang gekoppelt ist.
Wie in Abb. 11 oben angegeben, muss ein paralleler Widerstand über diesen Kondensator geschaltet werden, um die Gleichstromstabilität aufrechtzuerhalten. Diese Schaltung implementiert die folgende Beziehung, um das Eingangssignal zu integrieren:
Der Wert von R2 sollte so ausgewählt werden, dass er mit den Parametern des Operationsverstärkers übereinstimmt, so dass:
VAUS = R2/R1 x VIN
UNTERSCHEIDER
Die Differentiator-Operationsverstärkerschaltung enthält einen Kondensator in der Eingangsleitung, der mit dem invertierenden Eingang verbunden ist, und einen Widerstand, der diesen Eingang mit dem Ausgang verbindet. Diese Schaltung hat jedoch klare Grenzen, daher wäre es vorzuziehen, den Widerstand und den Kondensator parallel zu schalten, wie in Abb. 12 oben dargestellt.
Die folgende Gleichung bestimmt, wie gut diese Schaltung funktioniert:
VOUT = - (R2 x C1) dVIN/dt
LOG-VERSTÄRKER
Die grundlegende Schaltung (Abb. 13 oben) verwendet einen NPN-Transistor und einen Operationsverstärker, um einen Ausgang proportional zum Log des Eingangs zu erzeugen:
VOUT = (-k log 10 ) FR/FR Ö
Die 'invertierte' Schaltung, die als fundamentaler Anti-Log-Verstärker arbeitet, ist im unteren Diagramm dargestellt. Typischerweise hat der Kondensator einen niedrigen Wert (z. B. 20 pF).
AUDIOVERSTÄRKER
Ein Operationsverstärker ist im Wesentlichen ein Gleichstromverstärker, kann aber auch für Wechselstromanwendungen eingesetzt werden. Ein einfacher Audioverstärker ist in Abbildung 14 oben dargestellt.
AUDIOMISCHER
Eine Modifikation des Audioverstärkers ist in dieser Schaltung gezeigt (Abb. 15 oben). Sie können sehen, wie es der Addiererschaltung in Abb. 5 ähnelt. Die verschiedenen Eingangssignale werden gemischt oder zusammengeführt. Das Eingangspotentiometer jedes Eingangssignals ermöglicht eine Pegelanpassung. Die relativen Anteile der unterschiedlichen Eingangssignale am Ausgang können somit vom Benutzer eingestellt werden.
SIGNALSPLITTER
Die in Abb. 16 oben gezeigte Signalteilerschaltung ist genau das Gegenteil eines Mischers. Ein einzelnes Ausgangssignal wird in mehrere identische Ausgänge aufgeteilt, die verschiedene Eingänge speisen. Mit dieser Schaltung werden die mehreren Signalleitungen voneinander getrennt. Zur Einstellung des gewünschten Pegels enthält jede Ausgangsleitung ein separates Potentiometer.
SPANNUNG-STROM-WANDLER
Die oben in Abb. 17 dargestellte Schaltung bewirkt, dass die Lastimpedanzen R2 und R1 den gleichen Stromfluss erfahren.
Der Wert dieses Stroms wäre proportional zur Eingangssignalspannung und unabhängig von der Last.
Aufgrund des hohen Eingangswiderstands des nicht invertierenden Anschlusses hat der Strom jedoch einen relativ niedrigen Wert. Dieser Strom hat einen Wert, der direkt proportional zu VIN/R1 ist.
STROM-SPANNUNGS-KONVERTER
Wenn die Ausgangsspannung gleich IIN x R2 ist und das Design (Abb. 18 oben) verwendet wird, kann der Eingangssignalstrom direkt über den Rückkopplungswiderstand R2 fließen.
Anders ausgedrückt wird der Eingangsstrom in eine proportionale Ausgangsspannung umgewandelt.
Die am invertierenden Eingang erzeugte Vorspannungsschaltung legt eine Untergrenze für den Stromfluss fest, die verhindert, dass Strom durch R2 fließt. Um 'Rauschen' zu eliminieren, kann dieser Schaltung ein Kondensator hinzugefügt werden, wie in der Abbildung dargestellt.
AKTUELLE QUELLE
Die obige Abbildung 19 zeigt, wie ein Operationsverstärker wie eine Stromquelle verwendet werden kann. Die Widerstandswerte können mit den folgenden Gleichungen berechnet werden:
R1 = R2
R3 = R4 + R5
Der Ausgangsstrom kann mit folgender Formel berechnet werden:
Iout = (R3 x VIN) / (R1 x R5)
MULTIVIBRATOR
Sie können einen Operationsverstärker so anpassen, dass er als Multivibrator verwendet wird. Abb. 20 oben zeigt zwei Grundschaltungen. Das Design oben links ist ein freilaufender (astabiler) Multivibrator, dessen Frequenz gesteuert wird durch:
Im unteren rechten Diagramm ist eine monostabile Multivibratorschaltung zu sehen, die durch einen Rechteckimpulseingang aktiviert werden kann. Die bereitgestellten Komponentenwerte gelten für einen CA741-Operationsverstärker.
RECHTECKWELLENGENERATOR
Abb. 21 oben zeigt eine funktionale Rechteckwellen-Generatorschaltung, die um einen Operationsverstärker herum zentriert ist. Diese Rechteckgeneratorschaltung könnte möglicherweise die einfachste sein. Zusätzlich zum Operationsverstärker selbst werden nur drei externe Widerstände und ein Kondensator benötigt.
Die beiden Hauptelemente, die die Zeitkonstante (Ausgangsfrequenz) der Schaltung bestimmen, sind der Widerstand R1 und der Kondensator C1. Die R2- und R3-basierte positive Rückkopplungsverbindung wirkt sich jedoch auch auf die Ausgangsfrequenz aus. Obwohl Gleichungen oft etwas kompliziert sind, können sie für bestimmte R3/R2-Verhältnisse einfacher gemacht werden. Zur Veranschaulichung:
Wenn R3/R2 ≈ 1,0 dann F ≈ 0,5/(R1/C1)
oder,
Wenn R3/R2 ≈ 10 dann F ≈ 5/(R1/C1)
Die praktischste Methode besteht darin, eines dieser Standardverhältnisse zu verwenden und die Werte von R1 und C1 zu ändern, um die erforderliche Frequenz zu erreichen. Für R2 und R3 können herkömmliche Werte verwendet werden. Zum Beispiel ist das R3/R2-Verhältnis 10, wenn R2 = 10.000 und R3 = 100.000 ist, also:
F = 5/(R1/C1)
In den meisten Fällen ist uns die erforderliche Frequenz bereits bekannt, und wir müssen nur die geeigneten Komponentenwerte auswählen. Die einfachste Methode besteht darin, zuerst einen C1-Wert zu wählen, der vernünftig erscheint, und dann die Gleichung neu anzuordnen, um R1 zu finden:
R1 = 5/(F x C1)
Schauen wir uns ein typisches Beispiel für eine Frequenz von 1200 Hz an, nach der wir suchen. Wenn C1 an einen 0,22-uF-Kondensator angeschlossen ist, sollte R1 den Wert haben, der in der folgenden Formel dargestellt ist:
R1 = 5/(1200 x 0,00000022) = 5/0,000264 = 18,940 Ω
In den meisten Anwendungen kann ein typischer 18K-Widerstand verwendet werden. Ein Potentiometer kann in Reihe mit R1 hinzugefügt werden, um die Nützlichkeit und Anpassungsfähigkeit dieser Schaltung zu erhöhen, wie in Fig. 22 unten dargestellt. Dadurch ist es möglich, die Ausgangsfrequenz manuell einzustellen.
Für diese Schaltung werden dieselben Berechnungen verwendet, jedoch wird der Wert von R1 geändert, um der Reihenschaltung des festen Widerstands R1a und dem eingestellten Wert des Potentiometers R1b zu entsprechen:
R1 = R1a + R1b
Der Festwiderstand wird eingefügt, um sicherzustellen, dass der Wert von R1 niemals auf Null abfällt. Der Bereich der Ausgangsfrequenzen wird durch den festen Wert von R1a und den höchsten Widerstand von R1b bestimmt.
GENERATOR MIT VARIABLER IMPULSBREITE
Eine Rechteckwelle ist vollkommen symmetrisch. Das Tastverhältnis des Rechteckwellensignals ist definiert als das Verhältnis der Hochpegelzeit zur Gesamtzykluszeit. Rechteckwellen haben per Definition ein Tastverhältnis von 1:2.
Mit nur zwei weiteren Komponenten kann der Rechteckgenerator aus dem vorherigen Abschnitt in einen Rechteckgenerator umgewandelt werden. Abb. 23 oben zeigt die aktualisierte Schaltung.
Die Diode D1 begrenzt den Stromdurchgang über R4 bei negativen Halbwellen. R1 und C1 bilden die Zeitkonstante wie in der folgenden Gleichung ausgedrückt:
T1 = 5/(2C1 x R1)
Bei positiven Halbwellen darf die Diode jedoch leiten, und die parallele Kombination von R1 und R4 zusammen mit C1 definiert die Zeitkonstante, wie in der folgenden Berechnung gezeigt:
T2 = 5/(2C1 ((R1 R4)/(R1 + R4)))
Die Gesamtzykluslänge ist einfach die Summe der beiden Halbzykluszeitkonstanten:
Tt = T1 + T2
Die Ausgangsfrequenz ist der Kehrwert der Gesamtzeitkonstante des gesamten Zyklus:
F = 1/Tt
Hier wird das Tastverhältnis nicht gleich 1:2 sein, weil die Zeitkonstanten für die Abschnitte des Zyklus mit hohem und niedrigem Pegel unterschiedlich sein werden. Als Ergebnis werden asymmetrische Wellenformen erzeugt. Es ist möglich, R1 oder R4 oder sogar beide einstellbar zu machen, aber seien Sie sich bewusst, dass dies sowohl die Ausgangsfrequenz als auch den Arbeitszyklus ändern würde.
Sinuswellen-Oszillator
Die Sinuswelle, die in Abb. 24 unten gezeigt wird, ist das grundlegendste aller Wechselstromsignale.
Dieses extrem reine Signal enthält absolut keinen harmonischen Inhalt. Es gibt nur eine Grundfrequenz in einer Sinuswelle. Tatsächlich ist es ziemlich schwierig, eine völlig reine, verzerrungsfreie Sinuswelle zu erzeugen. Glücklicherweise können wir mit einer Oszillatorschaltung, die um einen Operationsverstärker herum aufgebaut ist, einer optimalen Wellenform ziemlich nahe kommen.
25 oben zeigt eine herkömmliche Sinuswellen-Oszillatorschaltung, die einen Operationsverstärker enthält. Als Rückkopplungsnetzwerk dient eine Doppel-T-Schaltung, die als Bandsperrfilter (oder Kerbfilter) dient. Der Kondensator C1 und die Widerstände R1 und R2 bilden einen T. C2, C3, R3 und R4 bilden den anderen T. Der Schaltplan hat es umgekehrt. Die Komponentenwerte müssen die folgenden Beziehungen haben, damit diese Schaltung richtig funktioniert:
Die folgende Formel bestimmt die Ausgangsfrequenz:
F = 1/(6,28 x R1 x C2)
Durch Ändern des Werts von R4 könnte die Abstimmung des Twin-T-Feedback-Netzwerks etwas angepasst werden. Typischerweise könnte dies ein winziges Trimmpotentiometer sein. Das Potentiometer wird auf seinen höchsten Widerstand eingestellt und dann allmählich reduziert, bis die Schaltung gerade am Rand der Schwingung schwebt. Die ausgegebene Sinuswelle kann beschädigt werden, wenn der Widerstand zu niedrig eingestellt ist.
SCHMITT-TRIGGER
Technisch gesehen kann ein Schmitt-Trigger als regenerativer Komparator bezeichnet werden. Seine Hauptfunktion besteht darin, eine sich langsam ändernde Eingangsspannung bei einer bestimmten Eingangsspannung in ein Ausgangssignal umzuwandeln.
Anders ausgedrückt, es hat eine 'Spiel'-Eigenschaft namens Hysterese, die wie ein Spannungs-'Trigger' funktioniert. Der Operationsverstärker wird zum Grundbaustein für die Schmitt-Trigger-Operation (siehe Abb. 26 oben). Folgende Faktoren bestimmen die Auslöse- bzw. Auslösespannung:
IN Reise = (V aus x R1) / (-R1 + R2)
Bei dieser Schaltungsart beträgt die Hysterese das Doppelte der Auslösespannung.
In Abb. 27 unten ist eine weitere Schmitt-Trigger-Schaltung dargestellt. In dieser Schaltung wird der Ausgang als 'ausgelöst' bezeichnet, wenn der Gleichstromeingang etwa ein Fünftel der Versorgungsspannung erreicht.
Die Versorgungsspannung kann irgendwo zwischen 6 und 15 Volt liegen, daher kann der Trigger je nach gewählter Versorgungsspannung auf 1,2 bis 3 Volt eingestellt werden. Gegebenenfalls könnte der tatsächliche Auslösepunkt auch geändert werden, indem der Wert von R4 geändert wird.
Der Ausgang entspricht der Versorgungsspannung, sobald er ausgelöst wird. Wenn der Ausgang an eine Glühlampe oder LED (über einen Vorschaltwiderstand) angeschlossen ist, leuchtet die Lampe (oder LED) auf, sobald die Eingangsspannung den Auslösewert erreicht, was anzeigt, dass dieser genaue Spannungspegel am Eingang erreicht wurde.
Einpacken
Das waren also ein paar Operationsverstärker-Grundschaltungen mit erklärten Parametern. Ich hoffe, Sie haben alle Eigenschaften und Formeln eines Operationsverstärkers verstanden.
Wenn Sie andere grundlegende Operationsverstärker-Schaltungsdesigns haben, von denen Sie glauben, dass sie in den obigen Artikel aufgenommen werden müssen, können Sie diese gerne in Ihren Kommentaren unten erwähnen.
