Ein Operationsverstärker (OpAmp) ist durch drei entscheidende Charakteristika gekennzeichnet: durch seine unendliche Verstärkung, seine unendliche Eingangsimpedanz und seine nach Null gehende Ausgangsimpedanz. Es ist ein galvanisch gekoppelter Differenzverstärker für Gleich- und Wechselspannung. Wie der Differenzverstärker hat der Operationsverstärker zwei Eingänge: einen positiven oder nicht-invertierenden und einen negativen oder invertierenden, die symmetrisch und unsymmetrisch betrieben werden können, und einen Ausgang.

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Zweifach-Operationsverstärker, Foto: Microchip

Die Differenzspannung zwischen den Eingangsspannungen steht verstärkt als Ausgangsspannung zur Verfügung. Da die Verstärkung des Operationsverstärkers gegen unendlich geht, verursachen geringste Spannungsdifferenzen an den Differenzeingängen Ausgangsspannungsänderungen bis hin zu den positiven und negativen Versorgungsspannungen, von denen sie begrenzt werden. Die Verstärkung selbst kann durch Gegenkopplungen auf einen gewünschten Wert reduziert werden.

Betrachtet man den Operationsverstärker als Vierpol, so sind als Parameter neben der Verstärkung, die Bandbreite, das Produkt aus Verstärkung und Bandbreite, die Ein- und Ausgangsimpedanzen, die Gleichtaktunterdrückung, der Gleichspannungsoffset, die durch nichtlineare Verzerrungen entstehenden Harmonischen, die Änderungsgeschwindigkeit und die Anstiegszeit zu nennen.

Operationsvertärker: Schaltbild (o), mit Anschlüssen (M) und nach DIN 40900 (u)

Der Operationsverstärker ist eine analoge integrierte Schaltung, die aus Widerständen, Kondensatoren und etwa 20 Transistoren gebildet wird. Die Verstärkungswerte liegen zwischen 80 dB und 120 dB.

Typische Werte für einen der bekanntesten Operationsverstärker, den Typ µA 741, sind die Gleichtaktunterdrückung von 90 dB, das Produkt aus Verstärkung und Bandbreite von 1 MHz, die Slew Rate (SR), das ist die Anstiegsgeschwindigkeit der Ausgangsspannung, von 0,5 V/µs und die Anstiegszeit von 0,3 µs.

Die Schaltungstechnik für Operationsverstärker ist relativ einfach und erfolgt durch wenig aufwändige äußere Beschaltungsänderungen. Abhängig von der Nutzung können Operationsverstärker als Differenzverstärker, Summierverstärker, Integrationsverstärker, Addierer, invertierender Verstärker, aktives Filter, Impedanzwandler, Oszillator oder Funktionsgenerator eingesetzt werden.