vorläufiges Skript zur Vorlesung ES1 - Elektrotechnik

Skript zur Vorlesung ES1, Fassung vom 9.Mai 2006, Prof.Dr.Arnold, FB1, FH-Ge 40
4.3 Abweichungen vom idealen Verhalten
Idealerweise stellt ein VV-OP die Funktion einer linearen gesteuerten Spannungsquelle zur Verfügung.
Beim praktischen Aufbau von OPs wird dieses Ideal nicht erreicht. Im folgenden werden
die wesentlichen Abweichungen vom idealen Verhalten besprochen.
1. Die Eingangsströme [UT99, Kapitel 5.2.8] sind nicht gleich Null. Ein Blick auf die Eingangsstufe
der Schaltung des OP 741 auf Seite 38 zeigt, dass die beiden Transistoren am
Eingang zu deren Arbeitspunktseinstellung Basisströme benötigen. Diese Basisströme bezeichnet
man auch als Eingangsruheströme des OP. Verstärker, deren Eingangsstufen mit
Felde¤ekttransistoren aufgebaut sind, benötigen praktisch keine Eingangsruheströme zur
Arbeitspunktseinstellung.
2. Die O¤setspannung und der O¤setstrom [UT99, Kapitel 5.2.8] sind nicht gleich Null.
Jeder OP hat eine endliche von Null verschiedene O¤setspannung. Idealerweise müßte
man beim Kurzschließen beider OP-Eingänge eine Ausgangsspannung von 0V messen,
was i.d.R aber nicht der Fall ist. Schließt man die Eingaänge eines OP kurz, so wird die
Ausgangsspannung nicht Null, sondern zeigt entweder den maximal möglichen positiven
oder negativen Wert der an. Sie nimmt also ihren Sättigungswert an, was den Schluß
zuläßt, dass die Spannung am Eingang großgenug ist, um den Ausgang des OP in die
Sättigung zu treiben. Folgende Ersatzschaltung trägt zur Klärung diese Verhaltens bei.
Werden in dieser Schaltung die Eingange kurzgeschloßen, so wirkt die O¤setspannung als
Eingangsspanung des idealen OPs und die Ausgangsspannung wird Ua = v Uoff . Da
die Verstärkung von OP normalerweise sehr hoch ist, reichen kleinste O¤setspannungen
in der Größenordnung von einigen V aus, um den OP in die Sättigung zu treiben. Bei
o¤enen Eingängen hat der O¤setstrom ein unde…niertes Verhalten zur Folge (verbotene
Schaltung!). Die tatsächlichen Verhätnisse sind oft komplizierter, so dass mehrere O¤setquellen
zur Beschreibung notwendig werden. Die oben angegebene Schaltung stellt eine
erste O¤setschaltungsnäherung dar. Die O¤setspannung kann durch Einfügen von äußeren
Zusatzspannungsquellen, sogenannten Kompensationsspannungsquellen weitgehend kompensiert
werden und stellt kein größeres Problem dar.
3. Die Gleichtaktverstärkung [UT99, Kapitel 5.2.8] ist nicht gleich 0V. Werden bei einen
o¤setkompensierten OP beide Eingänge kurzgeschlossen und eine Spannungsquelle Ugl
gegen Masse
Gleichtaktverstärkung