Operationsverstärker verstehen

Obwohl der Operationsverstärker kein diskretes Bauteil wie ein Widerstand oder ein Kondensator ist, lässt sich sein Verhalten durch einige einfache Regeln beschreiben, die ebenso leicht zu verstehen sind wie die für diskrete und passive Bauteile.

Der Operationsverstärker

Der ideale Operationsverstärker ist ein Gerät mit drei Anschlüssen (ohne Berücksichtigung der Stromversorgungsanschlüsse und anderer Funktionsanschlüsse, die er möglicherweise hat). Er hat zwei Eingänge und einen Ausgang. Einer der Eingänge ist nicht invertierend und mit „+“ (plus) gekennzeichnet, der andere ist invertierend und mit „-“ (minus) gekennzeichnet.

Die Eingänge des idealen Operationsverstärkers haben eine unendliche Impedanz, das heißt, dass kein Strom in sie fließen kann. Der op-amp verstärkt lediglich die an seinen Eingängen anliegende Spannungsdifferenz, etwa so:

V_out = A • (V⁺ − V⁻)

Wenn der Operationsverstärker ideal ist, dann ist die Verstärkung „A“ unendlich. Im realen Welt ist „A“ natürlich nicht unendlich, sondern sehr groß, so groß, dass es in vielen Schaltungen als unendlich angesehen werden kann. Diese eigenartige und (auf den ersten Blick) unpraktische Eigenschaft macht das Gerät zu einem so nützlichen Bauteil für Schaltungsentwickler.

In diesem Video zeigt Clemens, wie man die obige Gleichung für Operationsverstärker verwendet, um Schaltungen mit negativer Rückkopplung (wie die meisten Operationsverstärkerschaltungen) zu verstehen.