Der Operationsverstärker (Inverter; Nichtinverter; Vergleicher)


Ein Operationsverstärker ist ein elektrisches Bauteil, mit dem man
elektrische Spannungen verstärken kann. Der Operationsverstärker hat
zwei Eingänge und einen Ausgang. Die Arbeitsweise eines
Operationsverstärkers wird durch die äußere Beschaltung festgelegt.
Der eine Eingang negiert die Eingangsspannung beim verstärken. Aus
diesem Grund wird er auch mit einem "-" gekennzeichnet. Der zweite
Eingang, welcher mit einem "+" gekennzeichnet wird, verstärkt die
Spannung ohne Umkehrung. Also um es auf deutsch zu sagen, die
Differensspannung der Beiden Eingänge wird verstärkt. Möchte man eine
Spannung negieren würde man die "+"-Eingang auf Masse (0V) legen.

Für den Operationsverstärker gibt es mehrere Grundschaltungen:

Inverter (Abb. 1): Die Inverter verstärkt und invertriert, wie der
Name schon sagt, die Spannung am Eingang. Um zu berechnen bzw. zu
bestimmen welche Ausgangsspannung bei welcher Eingangsspannung
anliegt, stellt man sich einem optimalen Operationsverstärker vor:
Dieser hätte am Eingang ein unendlich großen Widerstand. Der Ausgang
müßte er einen extrem kleinen Widerstand haben, am besten 0Ohm. Nun
versorgt man den Operationsverstärker mit seiner Betriebsspannung. Die
"+"-Eingang legt man auf Masse (0V). Die Eingangsspannung UE wird über
ein Widerstand (R1) mit dem "-"-Eingang verbunden. Bei einem optimalem
Operationsverstärker währe der Verstärkungsfaktor unendlich groß. Aus
diesem Grund verbindet man die Ausgang über einen Widerstand (R2) mit
dem "-"-Eingang. Der Widerstand schränkt den Verstärkungsfaktor
ein. Mit hilfe der beiden Widerstände kann man nun die
Ausgangsspannung berechnen: UA (Ausgangsspannung) = -UE * R2 / R1. Der
Verstärkungsfaktor -VU = R2 / R1.

Nichtinverter (Abb. 2): Der Nichtinverter verstärkt die
Eingangsspannung ohne sie zu Invertieren. Die Ausgangsspannung läßt
sich so bestimmen: UA = UE * ( 1 + R2 / R1). Der Verstärkungsfaktor:
VU = 1 + R2 / R1.

Schaltungen mit Operationsverstärkern eignen sich außerdem zum
Vergleichen von Spannungen (Abb. 3). Hier werden die Spannungen U1 und
U2 verglichen. Sind sie identisch ist die Ausgangsspannung 0V. Die
Ausgangsspannung schwankt also zwischen +Ub und -Ub. Kleine
Unterschiede zwischen den beiden Eingangsspannungen bewirken bereits
große Änderung der Spannung am Ausgang.