Analog and Digital Design Operational Amplifiers Fundamentals of Analog and Digital Design ET-IDA-134 Tutorial-04 Operational Amplifiers 05.08.2015, v2 Prof. W. Adi

Operationsverstärker mit Rückkopplung Zusammenfassung Verstärkungsfaktor uA/uE ist unabhängig von A, wenn A ≈ ∞ ! Rein=∞ RAusg= 0 R1 R2 U- uA - + V . uE uA uE uE=u+ uE R1 R2 Rein= R1 RAusg= 0 MH: Unterscheidet sich der Font auf dieser Folie absichtlich von den anderen? u- uA - + u+=0 uE V . uE uA R1

Beispiele: Operationsverstärker Intersil CA3130

Aufgabe 1: Operationsverstärker Gegeben ist die Operationsverstärkerschaltung in Bild 1. Der Operationsverstärker CA 3130 wird verwendet. Berechnen Sie die Ausgangsspannung Uo. 2. Welche Leuchtdiode am Ausgang wird leuchten? Mit welcher Verlustleistung? 3. Wie verändert sich Uo falls sich UB verdoppelt? I R1= 10 kΩ R2= 10 kΩ U ui R1= 1 kΩ R2= 2 kΩ 1,5 V Dioden-Kennlinie +6V +6V u1 - + Uo 2 kΩ - + 5 kΩ uE2 -6V -6V 125 Ω 125 Ω UB=3V Spannungsquelle Bild 1 Schaltung mit mehreren Operationsverstärkern

(1) Berechnung der Spannung u1 Lösung 1: Operationsverstärker (1) Berechnung der Spannung u1 R1= 1 kΩ R2= 2 kΩ +6V u1=-2V 2 kΩ - + Ri= 1 kΩ ui -6V UB=3V Spannungsquelle

(1) Berechnung der Spannung U0 (3) Spannung Uo verdoppelt sich auf -8V Da aber die Versogungspannung nur + 6V beträgt, bleibt Uo nur maximal 6V. R1= 10 kΩ R2= 10 kΩ +6V - + 5 kΩ Uo= -4V I i=0 -6V 125 Ω 125 Ω uE=-2V u1=-2V Rein=∞ D1 D2 U 1,5 V Dioden-Kennlinie i 125 Ω x i 125 Ω (2) Die Schwarze Diode D2 leuchtet da Strom im D2 in Vorwärts Richtung fließt. In D1 fliest ganz minimaler Strom im Rückwärtsrichtung. Uo=4V Strom in D2: 4V = 125 Ω x i + 1,5 V => i = 2,5V/125 Ω = 20 mA Verstärker CA3130 darf bis 45 mA belastet werden (s. Datenblatt) 1,5 V

Aufgabe 2: Operationsverstärker Gegeben ist die Operationsverstärkerschaltung im Bild 2. Die Operationsverstärker sind alle als ideal Operationsverstärker zu betrachten zu betrachten. 1. Berechnen Sie die Spannung Uo. 2. Wie verändert sich Uo falls IB sich verdoppelt uE1 R1= 2 kΩ R2= 4 kΩ +12V 2 kΩ u1 - + 4 kΩ IB=1,5 mA 2 kΩ 16 kΩ -12V u3 R1= 1 kΩ R2= 9 kΩ +12V - + U0 +12V 4 kΩ 3 kΩ - + 1 kΩ uE2 -12V u2 UB=5V 1 kΩ -12V Bild 2 Schaltung mit mehreren Operationsverstärkern

(1) - + - + uE1 U1=-6V U2= 10V uE2 2 kΩ 3 kΩ R1= 2 kΩ R2= 4 kΩ +12V IB=1,5 mA -12V R1= 1 kΩ R2= 9 kΩ +12V U2= 10V 3 kΩ - + 1 kΩ uE2 UB=5V 1 kΩ -12V

Uo=-8V - + U1=-6V U1=-6V u3 U2= 10V U2=10V Uth= 2V 4 kΩ U3= 1V P R1 =2 kΩ R2 =16 kΩ U1=-6V +12V u3 - + 4 kΩ Uo=-8V U2= 10V -12V U2=10V 4 kΩ║ 4 kΩ = 2kΩ Rein= 2 kΩ Rth P Superposition rule: Uth= 2V (2). Kure Lösung: Wenn IB sich verdoppelt, also wird u1 = -12 V, damit wird u3 = -1V und Uó wird +8V