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bauteil:operationsverstaerker [2021/04/19 20:40] – [ADA4898-1] kmk | bauteil:operationsverstaerker [2022/08/26 11:59] – [AD8628] abstand kmk | ||
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Operationsverstärker (Opamps) sind tolle Bauteile. Mit ihnen kann man analoge Spannungen addieren, subtrahieren, | Operationsverstärker (Opamps) sind tolle Bauteile. Mit ihnen kann man analoge Spannungen addieren, subtrahieren, | ||
- | Bei Operationsverstärkern hat man die Qual der Wahl zwischen tausenden Modellen. Ihre Eigenschaften sind so unterschiedlich, | + | Bei Operationsverstärkern hat man die Qual der Wahl zwischen tausenden Modellen. Ihre Eigenschaften sind so unterschiedlich, |
===== Literatur ===== | ===== Literatur ===== | ||
Line 9: | Line 9: | ||
===== Feld- Wald- und Wiesen-Opamps ===== | ===== Feld- Wald- und Wiesen-Opamps ===== | ||
==== TL081 (single), TL082 (dual), TL084 (quad) ==== | ==== TL081 (single), TL082 (dual), TL084 (quad) ==== | ||
- | Die [[http://www.ti.com/lit/gpn/tl081|TL08x]] sind preiswerte, gutmütige Operationsverstärker mit FET-Eingang und einem Kompromiss guter Eigenschaften. Durch den FET-Eingang braucht man sich keine Gedanken über den Eingangsstrom zu machen. Standard-Bauteil für alle Anwendungen ohne besondere Anforderungen. | + | Die [[https://www.st.com/resource/en/ |
* Unity Gain Bandwitdth: 3 MHz | * Unity Gain Bandwitdth: 3 MHz | ||
* Slew Rate: 13 V/µs | * Slew Rate: 13 V/µs | ||
Line 15: | Line 15: | ||
* Input Offset: 3 mV | * Input Offset: 3 mV | ||
* Temperaturdrift des Input Offsets: 18 µV/K | * Temperaturdrift des Input Offsets: 18 µV/K | ||
- | * Sehr preiswert: 0.15 €/St bei Reichelt. | + | |
+ | | ||
- | Nachteil: Recht viel Input-Offset und entprechend | + | Nachteil: Recht viel Input-Offset und entsprechend |
+ | Unter der Bezeichnung [[https:// | ||
+ | |||
+ | Die Opamps der Reihe [[http:// | ||
==== NE5534 ==== | ==== NE5534 ==== | ||
Der [[http:// | Der [[http:// | ||
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Nachteil: | Nachteil: | ||
* recht langsam | * recht langsam | ||
- | <note important> | + | <note important> |
[[http:// | [[http:// | ||
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Nachteile: | Nachteile: | ||
* nicht ganz so preiswert, wie der OP07 | * nicht ganz so preiswert, wie der OP07 | ||
- | * Dioden zwischen den Eingängen --> Nicht für positive Rückkopplung geeignet. | + | * Dioden zwischen den Eingängen --> Nicht gut für positive Rückkopplung geeignet. |
[[http:// | [[http:// | ||
===== Bis an die Kante ===== | ===== Bis an die Kante ===== | ||
- | Der Ausgang der meisten Operationsverstärker kann sich nur bis auf ein bis zwei Volt an die jeweilige Versorgungsspannung annähern. Manche Modelle sind extra dafür gezüchtet, diese Begrenzung nicht zu zeigen. Diese Eigenschaft nennt sich Rail-to-Rail. Ein Mindestabstand zur Versorgung ist besonders bei Schaltungen ein Problem, die nur eine 5 V, oder 3 V Versorgung haben. Die bei weitem meisten Rail-To-Rail Verstärker sind daher für diese niedrigen Spannungen spezifiziert. Mit etwas Suche finden sich jedoch auch solche, die mit " | + | Der Ausgang der meisten Operationsverstärker kann sich nur bis auf ein bis zwei Volt an die jeweilige Versorgungsspannung annähern. Manche Modelle sind extra dafür gezüchtet, diese Begrenzung nicht zu zeigen. Diese Eigenschaft nennt sich **Rail-to-Rail**. Ein Mindestabstand zur Versorgung ist besonders bei Schaltungen ein Problem, die nur eine 5 V, oder 3 V Versorgung haben. Die bei weitem meisten Rail-To-Rail-Verstärker sind daher für diese niedrigen Spannungen spezifiziert. Mit etwas Suche finden sich jedoch auch solche, die mit " |
+ | |||
+ | |||
+ | ==== SGMOP07E ==== | ||
+ | Das " | ||
+ | * Versorgung: maximal | ||
+ | * Unity Gain Bandwidth: 0.6 MHz | ||
+ | * Slew Rate: 3 V/µs | ||
+ | * Input Noise: | ||
+ | * Input Offset: 30 µV | ||
+ | * Bauform: SO8 | ||
+ | * Preis: etwa 0.6 € bei Schukat | ||
+ | Nachteil: Nur bei wenigen Versendern erhältlich. | ||
==== MCP627x ==== | ==== MCP627x ==== | ||
- | Die Reihe [[http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/21810f.pdf|MCP627x]] sind preiswerte rail-to-rail Opamps mit FETs als Eingangstransistoren, | + | Die Reihe [[https://www.digikey.jp/htmldatasheets/production/48583/0/ |
* Versorgung: maximal +/- 3.5 V, wahlweise +7.0 V / GND; minimal: +2.0 V / GND | * Versorgung: maximal +/- 3.5 V, wahlweise +7.0 V / GND; minimal: +2.0 V / GND | ||
* Gain Bandwidth Product: 2 MHz | * Gain Bandwidth Product: 2 MHz | ||
Line 103: | Line 119: | ||
* MCP6274 -- Vierfach-Opamp | * MCP6274 -- Vierfach-Opamp | ||
- | Für eine weitere Optimierung in Richtung mobiler digitaler Geräte mit noch geringerem Ruhestrom und nur 1.8 V Betriebsspannung lohnt sich ein Blick auf die Reihe [[http://ww1.microchip.com/ | + | Für eine weitere Optimierung in Richtung mobiler digitaler Geräte mit noch geringerem Ruhestrom und nur 1.8 V Betriebsspannung lohnt sich ein Blick auf die Reihe [[https://www.microchip.com/ |
- | Für höhere Bandbreite bei ansonsten ähnlichen Eigenschaften kommt die Reihe [[http://ww1.microchip.com/ | + | Für höhere Bandbreite bei ansonsten ähnlichen Eigenschaften kommt die Reihe __ BROKEN-LINK: |
==== AD820 ==== | ==== AD820 ==== | ||
Line 128: | Line 144: | ||
* Bauform SO8. Die Variante in DIP8 wird nicht mehr produziert. | * Bauform SO8. Die Variante in DIP8 wird nicht mehr produziert. | ||
* Preis: 0.82 €/St bei Reichelt (TS 912 D) | * Preis: 0.82 €/St bei Reichelt (TS 912 D) | ||
- | Ein Nachteil ist, dass nur relativ hochohmige Lasten nahe an die Versorgung gezogen werden. | + | Ein Nachteil ist, dass nur relativ hochohmige Lasten nahe an die Versorgung gezogen werden. Außerdem ist das Spannungsrauschen am Eingang mit 30 nV/√Hz recht groß. |
Von der DIP8-Variante hat die ElektronIQ noch einige Exemplare in der Schublade. | Von der DIP8-Variante hat die ElektronIQ noch einige Exemplare in der Schublade. | ||
Line 178: | Line 194: | ||
* Ausgangsstrom: | * Ausgangsstrom: | ||
* Bis 10 nF am Ausgang belastbar | * Bis 10 nF am Ausgang belastbar | ||
- | * Preis: etwa 1.90 €/St bei Farnell ([[http:// | + | * Preis: etwa 1.90 €/St bei Farnell (__ BROKEN-LINK: |
===== Mittelschnelle Ruderer ===== | ===== Mittelschnelle Ruderer ===== | ||
Line 186: | Line 202: | ||
* [[http:// | * [[http:// | ||
* [[http:// | * [[http:// | ||
- | * [[http://www.nxp.com/acrobat_download/datasheets/NE592.pdf|NE592]], | + | * [[https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/ne592-d.pdf|NE592]], |
- | * [[http:// | + | * __ BROKEN-LINK: |
* [[http:// | * [[http:// | ||
- | * [[http:// | + | * __ BROKEN-LINK: |
* [[http:// | * [[http:// | ||
* MCP... | * MCP... | ||
Line 197: | Line 213: | ||
- | ===== Hochfrequenz-Rennpferde ===== | + | ===== |
+ | Hochfrequenz-Rennpferde ===== | ||
==== ISL55001 ==== | ==== ISL55001 ==== | ||
- | Der [[http://www.intersil.com/data/fn/fn6200.pdf|ISL55001]] ein schneller Opamp, der trotzdem stabil in allen Lebenslagen ist. | + | Der __ BROKEN-LINK: |
* Bandbreite: 200 MHz, Großsignal: | * Bandbreite: 200 MHz, Großsignal: | ||
* Slew-Rate: 300 V/µs, | * Slew-Rate: 300 V/µs, | ||
Line 281: | Line 298: | ||
* teuer (8 EUR) | * teuer (8 EUR) | ||
- | Mögliche Alternativen mit +/- 12 V Versorgungsspannung: | + | Mögliche Alternativen mit +/- 12 V Versorgungsspannung: __ BROKEN-LINK: |
==== AD8065 ==== | ==== AD8065 ==== | ||
Line 324: | Line 341: | ||
Ein weiteres Ärgernis ist die Bauform. Diese Verstärker sind wichtige Bauteile in Handys, oder GPS-Geräten. Das bedeutet eine Massenproduktion und damit einher gehenden angenehm niedrige Stück-Preise. Sie machen aber auch die Evolution in Richtung Stromersparnis, | Ein weiteres Ärgernis ist die Bauform. Diese Verstärker sind wichtige Bauteile in Handys, oder GPS-Geräten. Das bedeutet eine Massenproduktion und damit einher gehenden angenehm niedrige Stück-Preise. Sie machen aber auch die Evolution in Richtung Stromersparnis, | ||
- | * [[http:// | + | * [[http:// |
* [[http:// | * [[http:// | ||
* [[https:// | * [[https:// | ||
* [[http:// | * [[http:// | ||
- | * [[http:// | + | * __ BROKEN-LINK: |
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* [[http:// | * [[http:// | ||
- | * [[https://www.mouser.de/datasheet/2/412/ | + | * __ BROKEN-LINK: |
- | * [[http:// | + | * __ BROKEN-LINK: |
- | * [[https:// | + | * __ BROKEN-LINK: |
- | * [[https:// | + | * __ BROKEN-LINK: |
* [[https:// | * [[https:// | ||
- | * [[http://www.avagotech.com/docs/AV02-1237EN|MGA-62563]], | + | * __ BROKEN-LINK: |
- | + | </ | |
- | ===== Stabilisten wenig Temperaturdrift ===== | + | ===== Stabilisten |
Auch mit dem besten Sensor misst man Mist, wenn die auswertende Elektronik zu stark von der Umgebungstemperatur abhängt. Für DC-Signale lohnt es sich daher, auf die Temperaturift der beteiligten Verstärker zu achten. In dieser Disziplin sind die beiden Klassiker OP07 und OP27 bereits ziemlich gut. Ihr Eingangsoffset driftet typischerweise | Auch mit dem besten Sensor misst man Mist, wenn die auswertende Elektronik zu stark von der Umgebungstemperatur abhängt. Für DC-Signale lohnt es sich daher, auf die Temperaturift der beteiligten Verstärker zu achten. In dieser Disziplin sind die beiden Klassiker OP07 und OP27 bereits ziemlich gut. Ihr Eingangsoffset driftet typischerweise | ||
Line 354: | Line 371: | ||
[[http:// | [[http:// | ||
==== LTC1150 ==== | ==== LTC1150 ==== | ||
- | * Phantastisch | + | * Sehr geringe Temperaturdrift des Input Offsets: 10 nV/K |
* Erhältlich bei Bürklin (41 S 6862, 6.35 EUR) | * Erhältlich bei Bürklin (41 S 6862, 6.35 EUR) | ||
Nachteil: Die geringe Drift wird mit einer internen Chopper-Technik erreicht. Das bewirkt zusätzliches Rauschen µV-Bereich auf dem Ausgang. | Nachteil: Die geringe Drift wird mit einer internen Chopper-Technik erreicht. Das bewirkt zusätzliches Rauschen µV-Bereich auf dem Ausgang. | ||
- | [[http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ | + | [[https://www.mouser.de/datasheet/2/609/1150fb-2953608.pdf|Datenblatt]] von Linear Technology. |
==== TLC2652 ==== | ==== TLC2652 ==== | ||
- | Viel geringer als bei diesem Bautel kann man die Temperaturdrift | + | Der [[http:// |
* Temperaturdrift des Input Offsets: 3 nV/K | * Temperaturdrift des Input Offsets: 3 nV/K | ||
Ein potentieller Nachteil ist wieder die Chopper-Technik. Außerdem sind nur maximal +/- 8V Versorgungsspannung erlaubt. | Ein potentieller Nachteil ist wieder die Chopper-Technik. Außerdem sind nur maximal +/- 8V Versorgungsspannung erlaubt. | ||
- | [[http://www.ti.com/lit/ | + | |
+ | ==== AD8628 ==== | ||
+ | Beim [[https://www.reichelt.de/index.html? | ||
+ | * Temperaturdrift des Input Offsets: 2 nV/K | ||
+ | * Input Offset: 1 µV | ||
+ | * Anstiegsrate: | ||
+ | * Bandbreitenprodukt: | ||
+ | * Der Ausgang kommt nahe an die Versorgungsspannung heran (rail-to-rail). | ||
+ | * Bauformen: SO8, SOT23-5, MSOP8 | ||
+ | |||
+ | Nachteile | ||
+ | * maximale Versorgungsspannung ist nur 6 V, also maximal +/- 3 V | ||
+ | * nicht besonders schnell | ||
==== AD820 ==== | ==== AD820 ==== | ||
Wenn der Eingang es Opamps keinen Strom ziehen darf und extrem hochohmig sein soll, dann muss man Kompromisse bei der Temperaturdrift eingehen. Der [[http:// | Wenn der Eingang es Opamps keinen Strom ziehen darf und extrem hochohmig sein soll, dann muss man Kompromisse bei der Temperaturdrift eingehen. Der [[http:// | ||
Line 429: | Line 458: | ||
* Pinbelegung weicht deutlich von Operationsverstärkern ab | * Pinbelegung weicht deutlich von Operationsverstärkern ab | ||
* recht viel Ruhestrom | * recht viel Ruhestrom | ||
+ | ===== Voll Differentiell ===== | ||
+ | Manche Operationsverstärker haben einen zweiten Ausgang, dessen Spannungswert sich immer invers zum ersten verhält. Zusammen ergibt das ein Signal, dessen beide Anschlüsse symmetrisch zu einem von außen vorgegebenen Massepotential liegen. Bezogen auf diese Masse verhält sich der Ausgang also differentiell. Weil die Eingänge eines Operationsverstärkers ebenfalls die Differenz von zwei Potentialen auswerten, nennt man diese Bauform "voll differentiell" | ||
+ | |||
+ | Eine Verstärkerschaltung, | ||
+ | |||
+ | Ein wichtiges Anwendungsgebiet für voll differentielle Verstärker ist die analoge Signalaufbereitung für die Wandlung in ein digitales Signal. Sie werden vor allem dann benötigt, wenn Signale mit hoher Bandbreite gewandelt werden sollen. | ||
+ | |||
+ | Der größte Anbieter für diese Familie von Verstärkern ist Texas Instruments (TI). Von TI gibt es mit der [[https:// | ||
+ | |||
+ | * [[https:// | ||
+ | * [[https:// | ||
+ | |||
===== Signalverkleinerer und Signalverschieber ===== | ===== Signalverkleinerer und Signalverschieber ===== | ||
Beim Übergang von der analogen in die digitale Welt mit einem [[wpde> | Beim Übergang von der analogen in die digitale Welt mit einem [[wpde> | ||
Line 472: | Line 513: | ||
* Offset-Spannung: | * Offset-Spannung: | ||
* Versorgung: maximal +/- 18 V | * Versorgung: maximal +/- 18 V | ||
- | * Erhältlich für 2-4 € bei den üblichen | + | * Erhältlich für 2-4 € bei den üblichen |
von Texas Instruments | von Texas Instruments | ||
Line 481: | Line 522: | ||
* Input noise: 1.7 nV/√Hz, 1.5 pA/√Hz, | * Input noise: 1.7 nV/√Hz, 1.5 pA/√Hz, | ||
* Versorgung: +/- 15 V | * Versorgung: +/- 15 V | ||
- | * bei Verstärkung 1 stabil | + | * kann bei Verstärkung 1 stabil |
* kann ab Verstärkung 10 beliebige kapazitive Lasten treiben | * kann ab Verstärkung 10 beliebige kapazitive Lasten treiben | ||
* erhältlich in DIP und in SO8 | * erhältlich in DIP und in SO8 | ||
Nachteile: | Nachteile: | ||
- | * etwa 5.50 EUR/Stck. | + | * teuer → etwa 10 EUR/Stück |
* die Bandbreite nimmt bei Belastung des Ausgangs deutlich ab | * die Bandbreite nimmt bei Belastung des Ausgangs deutlich ab | ||
+ | * braucht unter Verstärkung 20 externe Kompenastion mit einem Kondensator an Pin 5. Siehe Datenblatt, Seite 13. | ||
==== ADA4898-1 ==== | ==== ADA4898-1 ==== | ||
Line 516: | Line 558: | ||
* Der Preis liegt bei etwa 12 € für Einzelstücke. | * Der Preis liegt bei etwa 12 € für Einzelstücke. | ||
* Braucht niedrige Widerstandswerte in der Rückkopplung | * Braucht niedrige Widerstandswerte in der Rückkopplung | ||
+ | |||
+ | ==== LM4562 / LME49720 ==== | ||
+ | Der [[https:// | ||
+ | * Gain Bandwidth: 55 MHz für Kleinsignal | ||
+ | * Slew Rate: 20 V/µs | ||
+ | * Input noise: 2.7 nV/√Hz, 1.6 pA/√Hz oberhalb etwa 200 Hz | ||
+ | * Versorgung: +/- 17 V | ||
+ | * bei Verstärkung 1 stabil | ||
+ | * Als " | ||
+ | * Bauformen SO8 und DIP8 | ||
+ | Nachteile: | ||
+ | * etwas mehr Spannungsrauschen als der ADA4898 | ||
+ | * kann kapazitive Lasten nur bis etwa 100 pF treiben | ||
+ | * nicht als Single-Verstärker erhältlich | ||
+ | * keine Offset-Kompensation | ||
+ | |||
===== Hochspannungsartisten ===== | ===== Hochspannungsartisten ===== | ||
Line 545: | Line 603: | ||
* [[http:// | * [[http:// | ||
* [[https:// | * [[https:// | ||
- | * [[http://www.ti.com/lit/gpn/lme49811|LME49811]] (200 V, 15 V/µs, 1.5 mA) | + | * __ BROKEN-LINK: |
- | * [[http://www.ti.com/lit/gpn/lme4981|LME49810]] (200 V, 50V/µs, 60 mA) | + | * __ BROKEN-LINK: |
* [[https:// | * [[https:// | ||
==== Diskret aufgebaute Endstufe ==== | ==== Diskret aufgebaute Endstufe ==== | ||
Line 552: | Line 610: | ||
In "The Art of Electonics" | In "The Art of Electonics" | ||
- | ==== Für hohe kapazitive Lasten ==== | + | ===== Für hohe kapazitive Lasten |
Eine Kapazität am Ausgang kann auf den Operationsverstärker zurückwirken. Das Problem besteht darin, dass die Rückwirkung eine Phasenverschiebung hat, die bei hohen Frequenzen die Phasenreserve übersteigt. Als Folge fangen die meisten Operationsverstärker zu schwingen an, wenn an ihrem Ausgang eine zu große kapazitive Last angeschlossen ist. Der Wert für "zu groß" kann dabei erschreckend klein sein. Kabel, MOSFETs, oder gar ein Piezo haben nun aber unvermeidbare Kapazitäten. Daher sind manche Opamps dafür optimiert, mit kapazitiver Last fertig zu werden. | Eine Kapazität am Ausgang kann auf den Operationsverstärker zurückwirken. Das Problem besteht darin, dass die Rückwirkung eine Phasenverschiebung hat, die bei hohen Frequenzen die Phasenreserve übersteigt. Als Folge fangen die meisten Operationsverstärker zu schwingen an, wenn an ihrem Ausgang eine zu große kapazitive Last angeschlossen ist. Der Wert für "zu groß" kann dabei erschreckend klein sein. Kabel, MOSFETs, oder gar ein Piezo haben nun aber unvermeidbare Kapazitäten. Daher sind manche Opamps dafür optimiert, mit kapazitiver Last fertig zu werden. | ||
Line 586: | Line 644: | ||
Nachteil: | Nachteil: | ||
* Preis: etwa 6 EUR | * Preis: etwa 6 EUR | ||
+ | |||
+ | Damit dieser Operationsverstärker wirklich beliebig viel Kapazität ohne Schwingung treiben kann, sollten die Versorgungsleitungen besonders gut gepuffert werden. Empfehlenswert sind an dieser Stelle zusätzliche 1 µF als Folienkondensator parallel zu den üblichen 100 nF. | ||
Auch als Dual-Version ([[https:// | Auch als Dual-Version ([[https:// | ||
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Auch wenn sie eigentlich gar nichts tun, fließt bei Operationsverstärkern Strom durch die Versorgungsleitungen. Dieser Ruhestrom liegt bei den Klassikern meist in etwa bei 1 mA. Wenn in einer Schaltung viele Verstärker enthalten sind, kann da einiges zusammen kommen. Wenn man nicht auf maximale Geschwindigkeit angewiesen ist, kann man diesen Ruhestrom deutlich drücken: | Auch wenn sie eigentlich gar nichts tun, fließt bei Operationsverstärkern Strom durch die Versorgungsleitungen. Dieser Ruhestrom liegt bei den Klassikern meist in etwa bei 1 mA. Wenn in einer Schaltung viele Verstärker enthalten sind, kann da einiges zusammen kommen. Wenn man nicht auf maximale Geschwindigkeit angewiesen ist, kann man diesen Ruhestrom deutlich drücken: | ||
- | * Der [[http:// | + | * Der __ BROKEN-LINK: |
* Die [[http:// | * Die [[http:// | ||
* Der [[http:// | * Der [[http:// | ||
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- | Als [[http://www.e-devices.ricoh.co.jp/en/products/product_power/pkg/sot-23-6.pdf|SOT23-6]], | + | Als __ BROKEN-LINK: |
* [[http:// | * [[http:// | ||
* [[http:// | * [[http:// | ||
Line 639: | Line 699: | ||
Das Gehäuse [[https:// | Das Gehäuse [[https:// | ||
- | * [[http:// | + | * __ BROKEN-LINK: |