Op-Amp-Eigenschaften

Operationsverstärker oder Op-Amps, wie sie normalerweise genannt werden, sind lineare Geräte, die eine ideale Gleichstromverstärkung liefern können. Sie sind grundsätzlich Spannungsverstärker, die mit externen Rückkopplungskomponenten wie Widerständen oder Kondensatoren verwendet werden. Ein Op-Amp ist ein dreiteiliges Gerät, mit einem Terminal, das als invertierende Eingang bezeichnet wird, einem anderen als nichtinvertierender Eingang und dem letzten als Ausgang. Im Folgenden finden Sie eine Abbildung eines typischen Op-Amps:

Wie man aus der Abbildung sehen kann, hat der Op-Amp drei Anschlüsse für Eingang und Ausgang und zwei für die Stromversorgung.
Bevor wir den Betrieb eines Op-Amps verstehen, müssen wir uns mit den Eigenschaften des Op-Amps vertraut machen. Wir erklären sie hier einzeln:

Offene Schleifen-Spannungsverstärkung (A)

Die offene Schleifen-Spannungsverstärkung ohne jegliche Rückkopplung für einen idealen Op-Amp ist unendlich. Typische Werte der offenen Schleifen-Spannungsverstärkung für einen realen Op-Amp liegen jedoch zwischen 20.000 und 200.000. Lassen Sie die Eingangsspannung Vin sein. Lassen Sie A die offene Schleifen-Spannungsverstärkung sein. Dann ist die Ausgangsspannung Vout = AVin. Der Wert von A liegt in der oben angegebenen Spanne, aber für einen idealen Op-Amp ist er unendlich.

Eingangsimpedanz (Zin)

Die Eingangsimpedanz ist definiert als das Verhältnis der Eingangsspannung zur Eingangsströmung. Die Eingangsimpedanz eines idealen Op-Amps ist unendlich. Das bedeutet, dass kein Strom im Eingangsschaltkreis fließt. Allerdings haben reale Op-Amps eine gewisse Strömung im Eingangsschaltkreis, die in der Größenordnung von wenigen Picoamperen bis zu wenigen Milliamperen liegt.

Ausgangsimpedanz (Zout)

Die Ausgangsimpedanz ist definiert als das Verhältnis der Ausgangsspannung zur Eingangsströmung. Die Ausgangsimpedanz eines idealen Op-Amps ist null, jedoch haben reale Op-Amps eine Ausgangsimpedanz von 10-20 kΩ. Ein idealer Op-Amp verhält sich wie eine perfekte Spannungsquelle, die Strom ohne interne Verluste liefert. Die interne Widerstand verringert die Spannung, die für die Last verfügbar ist.

Bandbreite (BW)

Ein idealer Op-Amp hat eine unendliche Bandbreite, das heißt, er kann jedes Signal vom Gleichstrom bis zu den höchsten Wechselstromfrequenzen ohne Verluste verstärken. Daher wird gesagt, dass ein idealer Op-Amp eine unendliche Frequenzantwort hat. Bei realen Op-Amps ist die Bandbreite jedoch in der Regel begrenzt. Die Begrenzung hängt vom Gain-Bandwidth-Produkt (GB) ab. GB wird als Frequenz definiert, bei der der Verstärkungsfaktor des Verstärkers eins wird.

Offset-Spannung (Vio)

Die Offset-Spannung eines idealen Op-Amps beträgt Null, was bedeutet, dass die Ausgangsspannung Null ist, wenn die Differenz zwischen dem invertierenden und nichtinvertierenden Terminal Null ist. Wenn beide Terminals an Masse gelegt werden, ist die Ausgangsspannung Null. Aber reale Op-Amps haben eine Offset-Spannung.

Gemeinsame Modusabschwächungsrate (CMRR)

Gemeinsamer Modus bezieht sich auf die Situation, in der die gleiche Spannung sowohl am invertierenden als auch am nichtinvertierenden Terminal des Op-Amps anliegt. Die gemeinsame Modusabschwächung bezieht sich auf die Fähigkeit des Op-Amps, das gemeinsame Modussignal abzulehnen. Nun sind wir in der Lage, den Begriff der gemeinsamen Modusabschwächungsrate zu verstehen.
Die gemeinsame Modusabschwächungsrate bezieht sich auf die Fähigkeit des Op-Amps, das gemeinsame Modussignal abzulehnen. Mathematisch wird es definiert als

Dabei ist AD die differentielle Verstärkung des Op-Amps, ∞ für einen idealen Op-Amp.
ACM bezieht sich auf die gemeinsame Modusverstärkung des Op-Amps.
Die CMRR eines idealen Op-Amps ist ∞. Das bedeutet, dass er in der Lage ist, alle gemeinsamen Modussignale abzulehnen. Auch aus der Formel können wir sehen, dass AD für einen idealen Op-Amp unendlich ist und ACM Null. Daher ist die CMRR eines idealen Op-Amps unendlich. Er wird also jedes Signal ablehnen, das beiden gemeinsam ist.
Allerdings haben reale Op-Amps eine endliche CMRR und lehnen nicht alle gemeinsamen Modussignale ab.

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