Das Verhalten eines OPs wird nur von der äußeren Beschaltung bestimmt. Zunächst betrachten wir den nicht invertierenden Verstärker, dessen Schaltbild folgendermaßen aussieht:
Das Ausgangssignal des Sensors modellieren wir als Spannungsquelle US. Wir schließen Sie in dieser Schaltung an den nicht invertierenden Eingang des OPs an. Sie legen in der Praxis also ein Kabel zwischen Sensorausgang und diesem OP-Eingang. Der Ausgang des OPs wird direkt an den ADC-Eingang angeschlossen. Die Benennung der Spannungen zeigt an, an welcher Stelle die Signale weiterverarbeitet werden. Um konform zur Benennungskonvention vom Anfang des Kapitels zu bleiben, benenne ich die Quelle am Eingang ab jetzt als UEIN,OP und die Ausgangsspannung des OPs als UAUS,OP.
In diesem Schaltbild sind viele Masse-Symbole verwendet worden. Masse gibt nur an, dass das Potential an dieser Stelle der Schaltung φ = 0V beträgt. Alle Punkte der Schaltung mit Masse-Symbol sind über Leitungen miteinander verbunden. Wir zeichnen diese Verbindungen aus Faulheit nicht in den Schaltplan ein. Sie müssen sich diese Punkte alle miteinander verbunden vorstellen. Im Labor müssen Sie alle diese Punkte mit Kabeln verbinden. Für die Masse verwenden wir traditionell schwarze Kabel.
Wir haben eine Spannungsquelle am Eingang des OPs vorliegen, deren unterer Anschluss Massepotential hat. Das bedeutet, dass das Potential am oberen Anschluss um den Wert US höher als 0V ist. Am Ausgang liegt eine Spannung an, deren Spannungsspeil gegen Masse gezeichnet ist. Wir beziehen in der Schaltung alle Potentiale und Spannungen auf Masse. Eine Ausgangsspannung von UAus,OP = -1V bedeutet also, dass das Potential am Ausgang des OPs um 1V unterhalb der Masse liegt.
Zur Berechnung des Verhaltens stellen wir zunächst zwei Maschengleichungen auf.
Als Ergebnis bekommen wir den Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung dieser Schaltung. Das Eingangssignal wird mit dem Faktor v multipliziert an den Ausgang übertragen.
Eine Eingangsspannung wird mit einer einstellbaren Verstärkung v multipliziert. Den Wert der Verstärkung stellen wir mit den Widerständen frei ein. Das ist genial: Nur durch die äußere Beschaltung mit Widerständen können wir die Verstärkung des OPs einstellen. Es ist dabei völlig egal, welcher OP eingesetzt wird. Es kommt nur auf die Widerstände an.
Mit dem nicht invertierenden Verstärker kann man kein Signal dämpfen, denn die Verstärkung v ist immer größer als 1. Um sie kleiner als 1 zu bekommen bräuchten wir negative Widerstände, die es nicht gibt. Zum Dämpfen eines Signals benötigen wir eine Verstärkung im Bereich v = [0 .. 1]. Wir benötigen also noch weitere Verstärkerschaltungen.
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