Viele Hobbyisten haben Angst vor der Verwendung von OP's.
Dabei sind weniger Regeln zu beachten, als bei der Berechnung von
Transistorstufen:
IMMER GLEICH -> ist die Spannung an den OP-Eingängen
(solange wir keinen Unsinn verdrahten)!
KEIN STROM -> fließt in die OP-Eingänge (alles fließt
außen herum, alle R<=1M) !
KLEINER ALS 100 -> sollte die Verstärkung (durch die
äußere Beschaltung) sein !
DIREKT AM OP -> müssen alle Spannungen innerhalb der
Versorgungsspannung (-2V) liegen !
Prinzipiell sind die 4 Widerstände immer vorhanden, auch
wenn die Werte 0 Ohm oder unendlich Ohm erreichen! Die beiden
Eingangsspannungen (Ui+Un) sind ebenfalls immer vorhanden, auch wenn eine der
beiden 0V=GND beträgt!
Um die einzelnen Spannungen zu unterscheiden, werden die
Spannungen an den beiden OP-Eingänge Uop=Uop-=Uop+ bezeichnet. Vor R1 wird Ui
(invertiert = i = 180°), vor R3 wird Un (nichtinvertiert = n = 0°)
angeschlossen. Uamp ist die Ausgangsspannung des OP.
Schritt 1: Zuerst benötigen wir Uop (= Uop+). Mit der
Spannung Un und R3+R4 berechnen wir den Strom I34.
Schritt 2: Für beide Eingänge ist dann Uop = R4 * I34
Schritt 3: Mit Uop (= Uop-), R1 und Ui ist der Strom I12 =
(Ui-Uop) / R1 Schritt 4: Mit I12, R2 und Uop kann die Ausgangsspannung
berechnet werden Uamp = Uop - R2 * I12
Schritt 5: Die Verstärkung ist V = Uamp / (Un - Ui)
Mit der Tabelle können alle Varianten ausprobiert werden.
Ein Sonderfall ist R1=R3 und R2=R4. Dann kann die Spannung Ui und Un erheblich außerhalb der
Versorgungsspannung liegen.Es muss jedoch ggf. nachverstärkt werden. Die farbigen
Felder sollen helfen, dass Sie Regel 3+4 nicht verletzen.
Man kann das Verhalten auch grafisch lösen! Dazu stellen Sie
sich 2 Balken vor, die die 4 Widerstände darstellen (Werte=Länge) An der Stelle
Uop sind beide Balken drehbar verbunden. Balken 12 ist am Ende drehbar mit GND
verbunden. Die 3 anderen Enden entsprechen Un, Ui und Uamp. Beispiel:
R1=R2=R3=R4, Un=+2V, Ui=-2V -> (Uamp=+4V, Uop=+1V)
Sie sehen, dass nur die Differenz verstärkt wird, unabhängig
von der Spannung gegen GND: Un=+6V, Ui=+2V
Durch ändern der Widerstands-Verhältnisse kann Verstärkung
(und Dämpfung) erreicht werden.
Die grafische Lösung kann auch umgekehrt verwendet werden.
Un=0V, Ui=-1V, Uamp=5V, R1=100k gesucht: R2, R3, R4 In diesem Fall, wo
Un=0V=Uop=GND ist, können R3=R4 zu 0 Ohm verkleinert werden (entfallen).
Eingangs-Spannungen weit außerhalb der Versorgungsspannung
lassen sich nur mit Dämpfung erreichen!
Eine Besonderheit der Brüder LM358 und LM324 ist die niedrige asymmetrische Versorgung mit >=5V gegen
GND. Durch die Verwendung von PNP-Transistoren an den Eingängen arbeiten sie
bis GND herab. Ein Einweggleichrichter ohne Dioden lässt sich so einfach
realisieren.
Für einen Zweiweggleichrichter müssen R1, R2A und R2B in
einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen. Wir könnten versuchen eine
Gleichung aufzustellen und uns einen Wolf rechnen, oder eine grafische Lösung
versuchen. Die blaue Linie entspricht dem Einweggleichrichter. Die grüne (mit
den selben Widerständen) gilt bei positiver Eingangsspannung (OP-Ausgang=0).
Die beiden Linien schneiden sich (=Lösung) bei 1V und die Verhältnisse liegen
nun fest! Die Anzapfung R1A-R1B ist nicht hoch belastbar, kann jedoch meist an
den ADC eines AVR angeschlossen werden. Mit dem zweiten OP kann das Signal
hochohmig abgenommen und mit V=3 die Dämpfung der Anordnung aufgehoben werden. Die
maximal Ein- und Ausgangsspannung beträgt (bei +5V-GND Speisung) 3Vss.
Mit den Balken (-längen) können Sie beliebige Situationen
simulieren, auch solche, die nicht funktionieren. Alle Formeln und Berechnungen
gelten für Gleich- und Wechselspannung (solange keine Regel verletzt wird). Bei
Wechselspannungen müssen Sie ggf. symmetrisch versorgen. Ein Batteriekasten für
4 Zellen lässt sich anzapfen. Hier ging es nur um lineare Anwendungen. Im OP-Kurs Dezember2010 sind auch nichtlineare Anwendungen zu finden. zurück
