Operationsverstärker: Komparatoren, Oszillatoren und Multivibratoren
Komparator mit Invertierung:
Der invertierende Eingang wird als Eingang verwendet, der nicht rückgekoppelt ist. Die Ausgangsspannung ergibt sich aus der Formel vo = -(R2/R1) · vi, wenn der Eingang im linearen Bereich liegt.
Komparator ohne Rückkopplung:
Bei einem Komparator ohne Rückkopplung gilt: vo = v2 - v1. Für vi < vlrf bzw. vi > VRF ist die Ausgangsspannung gesättigt: vo = +Vsat bzw. vo = -Vsat. Im Intervall (vlrf, VRF) ergibt sich vo = 2·Vsat.
Mittelwertgleichrichter (Diodengleichrichter):
Mit einer Diode in Reihe mit einem Widerstand oder einer Schaltung zur Kompensation des Spannungsabfalls wird eine Halbwellengleichrichtung erreicht: Für vi > 0 gilt vo = vi, für vi < 0 gilt vo = 0. Die Schaltung wird als Präzisionsgleichrichter bezeichnet und verwendet einen hohen Verstärkungsfaktor im offenen Regelkreis.
Präzisionsgleichrichter:
Wenn R_L = R_1 gilt, ergibt sich vo = (R_L/R_1) · vi bzw. bei entsprechender Dimensionierung vo = vi.
Spitzenwertdetektor (Peak Detector):
Die Diode leitet bei vi > 0, dabei lädt sich der Kondensator auf den Spitzenwert der Eingangsspannung auf. Bei negativen Eingangswerten sperrt die Diode, sodass die Kondensatorspannung erhalten bleibt.
Begrenzer (Limiter):
Mit einer Rückkopplung über Widerstand R2 und Diode D1 sowie einer in Reihe mit der Diode geschalteten Batterie wird die Ausgangsspannung auf den gewünschten Wert begrenzt. Ein Begrenzer ist nützlich, um negative Spitzen zu begrenzen.
Zener-Begrenzer:
Die Schaltung entspricht dem vorherigen Begrenzer, jedoch werden anstelle von zwei Dioden zwei Zenerdioden verwendet. Die Ausgangsspannung vo ist proportional zur Eingangsspannung vi, solange die Zenerspannung nicht erreicht wird.
Sinus-Oszillator:
Der Sinus-Oszillator erzeugt eine Wechselspannung ohne externe Ansteuerung. Er besteht aus zwei Teilen: einem Rückkopplungsnetzwerk und einem Verstärker. Der Eingangswiderstand muss hoch sein, weshalb häufig FET-Eingänge verwendet werden. Die Verstärkung muss im Schwingungsbereich genau auf den Wert 1 eingestellt werden.
LC-Oszillator:
Abgestimmte Oszillatoren mit hoher Frequenz beruhen auf der Resonanz eines LC-Schwingkreises. Die Schwingfrequenz errechnet sich zu f = 1 / (2π√(LC)).
Quarzoszillator:
Quarzoszillatoren arbeiten mit einer sehr stabilen Frequenz im Bereich von 10 MHz. Die Stabilität der Frequenz wird durch den Quarz verbessert, während L und C den Quarz ersetzen können.
Astabiler Multivibrator:
Diese Schaltung erzeugt ein Rechtecksignal, dessen Maximal- und Minimalwerte durch die Zenerdioden begrenzt werden. Am nichtinvertierenden Eingang liegt ein Spannungsteiler, dessen Spannung VR proportional zur Ausgangsspannung ist. Ein RC-Netzwerk bestimmt die Lade- und Entladezeiten und damit die Frequenz des Ausgangssignals.