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OpAmps für Anfänger



Spannungsfolger mit Operationsverstärkern

So, nun wird es aber Zeit für was Sinnvolles zum Basteln: der OpAmp kriegt Eingangsspannung und macht daraus eine Ausgangsspannung. Und das geht so.

Spannungsfolger mit OpAmp Erst mal ohne viel Schnick-Schnack, nur um zu kapieren wie der OpAmp so tickt. Er kriegt an seinem nicht-invertierenden Eingang eine Spannung zwischen +9 und -9 Volt. Die kann man am Potentiometer einstellen. Der Ausgang ist an den invertierenden Eingang (ist am runden Kringel zu erkennen) rückgekoppelt.

Das veranlasst den OpAmp dazu, seine Ausgangsspannung auf den gleichen Wert einzustellen, der an seinem nicht-invertierenden Eingang anliegt. Wäre die Spannung am invertierenden Eingang etwas niedriger, dann verstärkt der OpAmp diese Differenz vieltausendfach und bewegt seinen Ausgang in Richtung auf Plus. Das mindert die Differenz. Solange, bis beide Eingangsspannungen wieder gleich groß sind, dann ist die Eingangsbrücke genau ausbalanciert.

Umgekehrt: wenn die Spannung am invertierenden Eingang ein wenig höher wäre, würde diese Differenz hoch verstärkt und der Ausgang ginge in Richtung Minus. Erst wenn der Ausgang genau die gleiche Spannung erzeugt und an den invertierenden Eingang zurücktransportiert wie an seinem nicht-invertierenden Eingang anliegt, geschieht nix mehr weiter. Die Brücken sind dann ausgeglichen, ihre Spannungen und Ströme sind beiderseits gleich groß. Das bedeutet, der Ausgang folgt exakt der Spannung am Eingang. Auch wenn wir mit dem Poti ein andere Spannung einstellen: der Ausgang folgt nach wenigen Mikrosekunden exakt wieder dieser Eingangsspannung.

Aber wozu das alles, die Spannung am Eingang kann doch auch so wie sie ist verwendet werden? Nun, das Poti ist recht hochohmig und beim Anschließen einer LED würde die Spannung am Poti zusammenbrechen. Nicht so beim Anschließen an den OpAmp-Ausgang, der kann durchaus 10 mA LED-Strom vertragen.

Aber das hat, wie alles im Leben, so seine Grenzen. Stellen wir das Poti in die Nähe von +9V, also an sein oberes Ende, dann will der OpAmp das nicht: er folgt dann mitnichten dem Eingangssignal sondern macht da was ganz Eigenes. Auch am unteren Ende gibt es einen Bereich, den der Ausgangstransistor im OpAmp so gar nicht mitmachen will. Merke: halte Dich von den Grenzen fern, sonst kriegste irgendwas, aber nichts Sinnvolles.

Aber: Null ist nicht genau Null. Wenn das Poti auf 0,000 V eingestellt wird, kann die Ausgangsspannung um einige Millivolt davon abweichen. Das geht auf das Konto der beiden Eingangstransistoren. Die sind nicht ganz identisch. In die Schaltung wurde daher auch noch ein Trimmpoti eingeschmuggelt, mit dem dieser Unterschied kompensiert werden kann. Die beiden Pins 1 und 5 heißen Offset-Null. Wer es also ganz genau braucht, stellt den Trimmer einmalig ein. Mit dem wird die Brückenmitte ein wenig verstellt, was die Transistorbrücke am Eingang in Balance bringt.

Invertierender Spannungsfolger mit OpAmp Damit keine Langeweile aufkommt: der OpAmp kann noch viel mehr. Durch Vertauschen der beiden Eingänge kriegen wir einen invertierenden Spannungsfolger. Stellen wir am Poti +1V am invertierenden Eingang ein, geht der Ausgang auf -1V, damit die Differenz zwischen invertierendem und nicht-invertierendem Eingang wieder Null wird. Der OpAmp dreht also die Eingangsspannung um, er invertiert sie, aus Plus wird Minus, und aus rot wird schwarz, wie der Elektroniker sagen würde.

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