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Operationsverstärker sind integrierte Schaltungen mit bestimmten Eigenschaften. Sie können als Verstärker, Impedanzwandler oder Komparatoren (Vergleicher) eingesetzt werden. Im Experiment wird ein über 40 Jahre alter 741er verwendet, der auch noch in modernen Schaltungen eingesetzt werden könnte.
Der Komparator
Diese Schaltung vergleicht die Spannung an den beiden Eingängen. Ist die Spannung am positiven Eingang grösser als am negativen Eingang, erhalten wir am Ausgang +V, andernfalls -V. V ist die Betriebsspannung.
Ein Operationsverstärker benötigt eine symetrische Betriebsspannung, z. Bsp. +/- 5 V. Die Anschlüsse für die Betriebsspannung sind hier nicht eingezeichnet.
Der Spannungsfolger und Impedanzwandler
Folgende zwei Grundgesetze des Operationsverstärkers müsst ihr euch merken:
1. An den Eingängen fliesst kein Strom hinein und heraus.
2. Sobald der Ausgang mit einem der Eingänge verbunden wird (Gegenkopplung), wird der Operationsverstärker die Spannung am Ausgang so einstellen, dass an beiden Eingängen dieselbe Spannung anliegt.
Am negativen Eingang liegt dieselbe Spannung an, die auch am positiven Eingang anliegt. Das erreicht der Operationsverstärker dadurch, dass er am Ausgang dieselbe Spannung ausgibt, die am positiven Eingang anliegt. Dadurch entspricht die Ausgangsspannung der Eingangsspannung. Somit haben wir einen Spannungsfolger.
Da in den Eingang kein Strom fliesst, ist der Eingang sehr hochohmig. Der Ausgang kann aber doch einigen Strom liefern, daher sprechen wir hier auch von einem Impedanzwandler.
Der nicht invertierende Verstärker
Diese Schaltung ist ähnlich wie der Spannungsfolger aufgebaut. Allerdings ist im Gegenkopplungszweig ein Spannungsteiler eingebaut. Dadurch muss der Operationsverstärker am Ausgang eine höhere Spannung liefern, damit die Eingänge ausgeglichen sind. Der Verstärkungsfaktor hängt von den beiden Widerständen im Spannungsteiler ab.
Auch hier gibt eine höheren Eingangsspannung eine höhere Ausgangsspannung. Daher sprechen wir von einem nicht invertierenden Verstärker.
Der invertierende Verstärker
Hier sind die beiden Eingänge vertauscht. Die Gegenkopplung enthält ebenfalls zwei Widerstände, die den Verstärkungsfaktor bestimmen.
Hier gibt eine positive Eingangsspannung eine negative Ausgangsspannung. Daher sprechen wir von einem invertierenden Verstärker.