Op-Amps

Grundlagen

What is an operational amplifier? (youtube.com)
Pins
- Inputs: v₊ (non-inverting), v_- (inverting)
- Supply: +V, -V (manchmal zusätzlicher GND, wird oft nicht dargestellt)
- Output: v_o
Übliche Schaltung
- +V = 12V, -V = -12V
- v_o wird relativ zu 0V gemessen (zwischen positiver und negativer Supply)
Intern: 20-50 Transistoren, manchmal auch Kapazitäten
Eigenschaften
- i = 0 (idealer Op-Amp) -> Es fließt kein Strom in die Eingänge (es wird nur die Spannung gefühlt)
- v_o = A · (v₊-v_-) = A · v_in
- A = gain, üblicherweise 10⁵ <= A <= 10⁶
Häufig genutzte Typen
- LM324

Nicht-invertierter Verstärker

[Non-inverting op-amp circuit (youtube.com)](https://www.youtube.com/watch?v=_Ut-nQ535iE) $$ v_o = \frac{R_1 + R_2}{R_2} v_{IN} $$ -> Der Gain des Verstärkers hat keinen Einfluss ### Praktisches Beispiel ![Pasted image 20240515105449.png](/img/user/_attachments/Pasted%20image%2020240515105449.png) 0..3V3 -> 0..10V (D1 und R4 zur Visualisierung) ### Abwandlung: 4-20mA Output ![Pasted image 20240515112511.png](/img/user/_attachments/Pasted%20image%2020240515112511.png) [4-20mA Transmitter Explained using an Op Amp (youtube.com)](https://www.youtube.com/watch?v=ZqJxdBCpb6c) - Spannung an Eingängen ist gleich (im eingeschwungenen Zustand) - Strom wird durch V_i und R₁ bestimmt (unabhängig von R_L!) - Warum Signalübertragung als Strom? - Für Übertragung als Spannung R_L idealerweise sehr groß (damit Innenwiderstand von Spannungsquelle und Kabel keinen Einfluss haben) - Dann hat aber eine externe Störquelle (z.B. elektrisches Feld) einen sehr großen Einfluss - Bei Übertragung als Strom kann R_L klein gewählt werden, da Strom unabhängig von Widerstandswerten überall gleich - Somit ist auch Einfluss von externer Störquelle gering ## Summierender Verstärker (für Audio) N parallele, gleich aufgebaute Op-Amp Schaltungen, welche am Ende summiert werden. Jede Op-Amp Schaltung fügt Rauschen hinzu. Bei der Summierung verstärkt sich das Signal welches auf allen Kanälen gleich ist, wohingegen das Rauschen stochastisch ist und sich gegenseitig aufhebt. $$ Reduktion = \sqrt{Anzahl\ parallele\ Schaltungen\ N} $$ - Nur relevant, wenn das zu verstärkende Signal sehr schwach ist (z.B. bei Phono-Audio-Verstärkern). - Schaltungen müssen dabei sehr gleich sein (Toleranzen in Widerständen und Co beachten, ggf. einzeln einmessen). - ["Input Offset Voltage"](https://www.ti.com/lit/an/sloa059b/sloa059b.pdf?ts=1734505475015) (Spannungsdifferenz durch Fertigungsfehler zwischen Op-Amp Terminals) sollte deutlich kleiner als Amplitude von Signal sein -> kann ausgemessen werden (siehe Videolink unten) ![Pasted image 20241218095447.png](/img/user/_attachments/Pasted%20image%2020241218095447.png) [Mastergroove repair by Mend it Mark & an honest message to Tom Evans audio - YouTube](https://youtu.be/6hVe_spuJQI?feature=shared&t=1037)