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OpAmps als Wechselspannungsverstärker



Dass man Gleichspannungen verstärken muss, kommt heutzutage noch relativ selten vor, häufiger hat man es in der Elektronik mit Wechselspannungen zu tun. Sei es, wir müssten ein dynamisches Mikrofon mit 5 mV auf 1 V verstärken oder die sehr schwachen Signale an einer Antenne von Mikrovolt um das Millionenfache erhöhen. Auch das geht mit Operationsverstärkern ganz prima.

100-fach Wechselspannungsverstärker Das hier wäre so ein Mikrofonverstärker, der die 5mV-Signale eines dynamischen Mikrofons kräftig um das 1000-fache verstärkt.

Das sieht ganz ähnlich aus, wie die Schaltung, die wir für den Gleichspannungsverstärker kennen. Nur brauchen wir einen Lautstärkeregler für die Aussteuerung des Mikrofons, für den wir ein Potentiometer mit 100k und einer logarithmischen Kennlinie einsetzen. Das Wechselspannungssignal wird mit einem Kondensator eingekoppelt, aber wir könnten den auch weglassen.

Um eine Verstärkung von 1001-fach zu kriegen, koppeln wir nur ein Tausendstel der Ausgangsspannung auf den invertierenden Eingang zurück. Keine Angst, die Verstärkung von Operationsverstärkern ist ungebremst noch viel höher: schon drei Transistorbrücken mit je 150-facher Verstärkung machen gigantische 150 * 150 * 150 = 3,375 Mio. an Verstärkung.

Aber jetzt nicht glauben, damit könnte man ein Megafon bauen: was über CO an Wechselspannung rausgeht, kann man noch nicht verwenden, um einen Lautsprecher anzutreiben. Dazu ist der Strom eines Operationsverstärkers noch nicht kräftig genug, mit den 8 mA eines 741 kann man höchstens 40 mW aussteuern. Also etwas mickrig, das Ganze.

Höhenabsenkung Dafür macht unser Verstärker alles mit, sogar hochfrequente Einstrahlungen. So ein Oparationsverstärkerchen kann einige MHz, und würde Kurzwellensender, die über das Mikrokabel einige Millivolt an HF einstreuen, ebenso mit dem 1001-fachen verstärken. Wer das nicht will, baut eine Höhenbegrenzung ein. Dazu braucht man nur einen kleinen Kondensator, der erhöhte Frequenzen stärker an den invertierenden Eingang rückkoppelt.

Frequenzspektrum mit verschiedenen Kondensatoren So hat man das übertragene Frequenzspektrum im Griff. Die blaue gestrichelte Linie ist das Frequenzspektrum mit einem Eingangskondensator Ci von 1µF. Die blaue gepunktete Linie zeigt, wie sich eine Erhöhung von Ci auf das Fünffache auswirken würde: das Frequenzspektrum unterhalb von 50 Hz würde weniger abgeschwächt.

Die gelbe gestrichelte Linie zeigt, dass das Spektrum ab 1.000 Hz und darüber mit einem 33pF-Kondensator als Ch stark abgesenkt wird. Kurzwellensender mit ein paar MHz haben da keine Chance mehr. Etwas geringer ist diese Abschwächung mit einem 10pf-Kondensator als Ch: die Abschwächung setzt etwas später ein und erreicht erst ab 100 kHz 3 dB (Abschwächung auf die Hälfte, grün gepunktet).

Der ganze Unterschied zwischen dieser Schaltung mit Höhenabsenkung zur Variante ohne Absenkung ist ein einziger Kondensator.

©2021 by Gerhard Schmidt