Operationsverstärker (eBook)

Dr.-Ing. Matthias Viehmann ist Professor für Industrieelektronik an der Hochschule Nordhausen.

Inhalt 8
1 Einführung 12
1.1 Historischer Abriss über den Operationsverstärker 12
1.2 Pädagogische Zielstellungen und didaktisches Konzept 13
2 Grundlagen des Operationsverstärkers 15
2.1 Eigenschaften 15
2.1.1 Wirkungsweise und Kenngrößen 15
2.1.2 Gehäusevarianten 30
2.2 OPV-Grundsätze und Schaltungsanalyse 32
2.3 Verstärkergrundschaltungen 34
2.3.1 Prinzip der Gegenkopplung 34
2.3.2 Nichtinvertierender Verstärker und Spannungsfolger 37
2.3.3 Invertierender Verstärker 39
2.4 Kompensationsmaßnahmen und Bauelementoptimierung 40
2.4.1 Eingangsruhestrom-Kompensation 41
2.4.2 Eingangsoffsetspannungs-Kompensation 42
2.4.3 Frequenzgang-Kompensation 43
2.4.4 Optimierung und Funktionsvielfalt 46
3 Anwendungen des Operationsverstärkers 47
3.1 Applikationsvielfalt 47
3.2 Kühlmaßnahmen 48
3.3 Zuverlässigkeitsbetrachtungen 54
4 Analoge Rechenschaltungen 63
4.1 Addierer 63
4.2 Subtrahierer 66
4.3 Integrierer 70
4.4 Differenzierer 74
4.5 Logarithmierer 77
4.6 Potenzierer 82
4.7 Multiplizierer und Dividierer 85
5 Schalter 91
5.1 Komparator 91
5.2 Fensterkomparator 94
5.3 Schmitt-Trigger 96
6 Schwingschaltungen 102
6.1 Astabiler Multivibrator mit Schmitt-Trigger 102
6.2 Dreieck-Rechteck-Oszillator 107
6.3 Spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) 110
6.3.1 VCO1 mit Subtrahierer 111
6.3.2 VCO2 mit summierendem Integrierer 114
6.3.3 VCO3 mit unsymmetrischer Betriebsspannung 117
6.4 Phasenregelkreis (PLL) 122
6.5 Pulsweitenmodulator 126
7 Konditionier- und Umsetzungsschaltungen 129
7.1 Instrumentationsverstärker 129
7.2 Phasenschieber 133
7.3 Gleichrichter 137
7.4 Analog-Digital- und Digital-Analog-Umsetzer 140
7.4.1 Analog-Digital-Umsetzer 143
7.4.2 Digital-Analog-Umsetzer 149
7.5 Ladungsverstärker 153
7.6 Fotoempfänger 160
7.7 Negative Impedance Converter und Gyrator 163
7.7.1 Negative Impedance Converter 163
7.7.2 Gyrator 164
7.8 Einstellbare Verstärker und Widerstände 167
7.8.1 Einstellbare Verstärker 168
7.8.2 Einstellbare Widerstände und Variation mit DAU 170
8 Reglerschaltungen 177
8.1 Überblick 177
8.1.1 Regelkreis 179
8.1.2 Beschreibungsmöglichkeiten von Systemen 181
8.2 Reglertypen und Schaltungsbeispiele 183
8.3 Reglerentwurf am Beispiel PID 191
8.3.1 Verfahren 192
8.3.2 Reglerbeispiel 193
9 Filterschaltungen 196
9.1 Überblick 196
9.2 Aktive RC-Filter 197
9.2.1 Filter mit Einfachgegenkopplung 201
9.2.2 Filter mit Mehrfachgegenkopplung 202
9.2.3 Filter mit Einfachmitkopplung 207
9.3 Switched-Capacitor-Filter 208
9.3.1 Funktionsprinzip 208
9.3.2 Beispiel SC-Filter 2. Ordnung 210
9.3.3 Integrierte SC-Filter 212
10 Stabilisierungsschaltungen und Energiemanagement 216
10.1 Überblick Spannungsstabilisierung 216
10.1.1 Prinzip der Stabilisierung mit OPV 219
10.1.2 Beispiel Universalspannungsregler 223
10.2 Energy Harvesting am Beispiel Thermogenerator 226
10.3 Energiemanagementsystem mit der Power Management Classification 232
10.4 Konstantstromquellen 238
11 Leistungs-Operationsverstärker 242
11.1 Aufbau und Eigenschaften 242
11.2 Betriebsvarianten 245
11.2.1 Symmetrische Betriebsspannung 245
11.2.2 Unsymmetrische Betriebsspannung 246
11.2.3 Brückenschaltung 249
11.3 Rückkopplungs-Ersatzschaltung 251
Liste der Übungen 256
Literatur 258
Index 262