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Matthias Viehmann
Operationsverstärker
Grundlagen, Schaltungen, Anwendungen
Inhalt
8
1 Einführung
12
1.1 Historischer Abriss über den Operationsverstärker
12
1.2 Pädagogische Zielstellungen und didaktisches Konzept
13
2 Grundlagen des Operationsverstärkers
15
2.1 Eigenschaften
15
2.1.1 Wirkungsweise und Kenngrößen
15
2.1.2 Gehäusevarianten
30
2.2 OPV-Grundsätze und Schaltungsanalyse
32
2.3 Verstärkergrundschaltungen
34
2.3.1 Prinzip der Gegenkopplung
34
2.3.2 Nichtinvertierender Verstärker und Spannungsfolger
37
2.3.3 Invertierender Verstärker
39
2.4 Kompensationsmaßnahmen und Bauelementoptimierung
40
2.4.1 Eingangsruhestrom-Kompensation
41
2.4.2 Eingangsoffsetspannungs-Kompensation
42
2.4.3 Frequenzgang-Kompensation
43
2.4.4 Optimierung und Funktionsvielfalt
46
3 Anwendungen des Operationsverstärkers
47
3.1 Applikationsvielfalt
47
3.2 Kühlmaßnahmen
48
3.3 Zuverlässigkeitsbetrachtungen
54
4 Analoge Rechenschaltungen
63
4.1 Addierer
63
4.2 Subtrahierer
66
4.3 Integrierer
70
4.4 Differenzierer
74
4.5 Logarithmierer
77
4.6 Potenzierer
82
4.7 Multiplizierer und Dividierer
85
5 Schalter
91
5.1 Komparator
91
5.2 Fensterkomparator
94
5.3 Schmitt-Trigger
96
6 Schwingschaltungen
102
6.1 Astabiler Multivibrator mit Schmitt-Trigger
102
6.2 Dreieck-Rechteck-Oszillator
107
6.3 Spannungsgesteuerter Oszillator (VCO)
110
6.3.1 VCO1 mit Subtrahierer
111
6.3.2 VCO2 mit summierendem Integrierer
114
6.3.3 VCO3 mit unsymmetrischer Betriebsspannung
117
6.4 Phasenregelkreis (PLL)
122
6.5 Pulsweitenmodulator
126
7 Konditionier- und Umsetzungsschaltungen
129
7.1 Instrumentationsverstärker
129
7.2 Phasenschieber
133
7.3 Gleichrichter
137
7.4 Analog-Digital- und Digital-Analog-Umsetzer
140
7.4.1 Analog-Digital-Umsetzer
143
7.4.2 Digital-Analog-Umsetzer
149
7.5 Ladungsverstärker
153
7.6 Fotoempfänger
160
7.7 Negative Impedance Converter und Gyrator
163
7.7.1 Negative Impedance Converter
163
7.7.2 Gyrator
164
7.8 Einstellbare Verstärker und Widerstände
167
7.8.1 Einstellbare Verstärker
168
7.8.2 Einstellbare Widerstände und Variation mit DAU
170
8 Reglerschaltungen
177
8.1 Überblick
177
8.1.1 Regelkreis
179
8.1.2 Beschreibungsmöglichkeiten von Systemen
181
8.2 Reglertypen und Schaltungsbeispiele
183
8.3 Reglerentwurf am Beispiel PID
191
8.3.1 Verfahren
192
8.3.2 Reglerbeispiel
193
9 Filterschaltungen
196
9.1 Überblick
196
9.2 Aktive RC-Filter
197
9.2.1 Filter mit Einfachgegenkopplung
201
9.2.2 Filter mit Mehrfachgegenkopplung
202
9.2.3 Filter mit Einfachmitkopplung
207
9.3 Switched-Capacitor-Filter
208
9.3.1 Funktionsprinzip
208
9.3.2 Beispiel SC-Filter 2. Ordnung
210
9.3.3 Integrierte SC-Filter
212
10 Stabilisierungsschaltungen und Energiemanagement
216
10.1 Überblick Spannungsstabilisierung
216
10.1.1 Prinzip der Stabilisierung mit OPV
219
10.1.2 Beispiel Universalspannungsregler
223
10.2 Energy Harvesting am Beispiel Thermogenerator
226
10.3 Energiemanagementsystem mit der Power Management Classification
232
10.4 Konstantstromquellen
238
11 Leistungs-Operationsverstärker
242
11.1 Aufbau und Eigenschaften
242
11.2 Betriebsvarianten
245
11.2.1 Symmetrische Betriebsspannung
245
11.2.2 Unsymmetrische Betriebsspannung
246
11.2.3 Brückenschaltung
249
11.3 Rückkopplungs-Ersatzschaltung
251
Liste der Übungen
256
Literatur
258
Index
262
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