Anhang i. Simulationsmodell - FG Mikroelektronik, TU Berlin

ii. Operationsverstärker
ii.i. NF-Kenngrößen
Differenzverstärkung
Gleichtaktverstärkung
Gleichtaktunterdrückung
CMRR
Eingangsruheströme
Anhang 111
Operationsverstärker
Die Eigenschaften von Operationsverstärkern werden in den Datenblättern durch
Kenngrößen beschrieben. Im folgenden Teil ii.i werden allgemein die Kenngrößen
des Großsignalmodells und im Teil ii.ii die Kenngrößen für das Kleinsignalmodells
eines Operationsverstärkers dargestellt. Für die durchgeführten Messungen wurde
der Operationsverstärker vom Typ AD745 verwendet. Die wichtigsten Kenngrößen
dieses Verstärkers werden in Abschnitt ii.iii vorgestellt.
Am Ausgang des Operationsverstärkers stellt sich im unbeschalteten Zustand
eine Spannung ein, die durch die Eingangsspannungsdifferenz zwischen nichtinvertierendem
U + und invertierendem U - Eingang bestimmt wird.
(172)
Die Größe A d heißt Leerlauf-Differenzverstärkung (Open Loop Gain) und liegt
normalerweise zwischen 10 3 und 10 6 . Damit läßt sich der Operationsverstärker als
spannungsgesteuerte Spannungsquelle beschreiben. Der Eingangswiderstand wird
als unendlich, der Ausgangswiderstand als Null angenommen.
Bei einer Gleichtaktaussteuerung des Operationsverstärkers um ΔU gl , d.h. an beiden
Eingängen liegt dieselbe Spannung an, müßte sich am Ausgang eine Spannung
von Null Volt einstellen. Der reale Operationsverstärker zeigt aber eine
Gleichtakteingangsspannungsabhängigkeit, die über die Gleichtaktverstärkung A gl
ausgedrückt wird.
(173)
Das Verhältnis von Differenzverstärkung zur Gleichtaktverstärkung wird als
Gleichtaktunterdrückung CMRR 1 bezeichnet.
Die Ströme, die bei statischem Betrieb in die Eingänge eines realen Operationsverstärkers
fließen, nennt man Eingangsruheströme. Bei bipolaren Operationsverstärkern
entsprechen diese Ströme den Basiströmen der Eingangstransistoren.
Operationsverstärker mit Feld-Effekt-Eingangstransistoren weisen aus diesem
Grund typischerweise um drei Größenordnungen geringere Eingangsruheströme
auf. Gleiche Ströme in beide Eingänge lassen sich durch schaltungstechnische
Maßnahmen kompensieren.
Offsetstrom Die Abweichung zwischen dem Eingangsstrom in den nichtinvertierenden und den
invertierenden Eingang wird als Offsetstrom bezeichnet. Der Offsetstrom kann nicht
kompensiert werden.
Offsetspannung
PSRR
Ua = Ad U + – U- A gl
( )
ΔU a
= ----------- =
ΔU gl
Ad ----------------
CMRR
Liegt an beiden Eingängen eine Spannung von Null Volt an, so ist bei einem realen
Operationsverstärker die Ausgangsspannung von Null verschieden. Die Offsetspannung
ist die Spannung, die an den Eingängen des Operationverstärkers
angelegt werden muß, damit die Ausgangsspannung Null wird. Eine Änderung der
Versorgungsspannung führt in der Regel auch zu einer Offsetspannungsänderung.
Das Verhältnis der Offsetspannungsverschiebung zur Änderung der Versorgungsspannung
wird als Betriebsspannungsdurchgriff PSRR 2 bezeichnet.
1 Common Mode Rejection Ratio. Der Wert wird meist in dB angegeben.
2 Power Supply Rejection Ratio. Der Wert wird meist in dB angegeben, wobei das Minuszeichen weggelassen
wird.