Die Auswahl des richtigen Operationsverstärkers (kurz: OPV) für dein DIY-Projekt kann eine knifflige Aufgabe sein. Die Vielfalt an OPVs ist vergleichbar mit der Anzahl der Sterne am Himmel, und die Fülle an Spezifikationen im Datenblatt wirkt manchmal überwältigend. Also: Wie wählt man den richtigen OPV für ein bestimmtes Projekt aus? Im Folgenden möchte ich dir einen Überblick über die wichtigsten Datenblatt-Spezifikationen geben, auf die du achten solltest. Dieser kleine Leitfaden richtet sich an Elektronik-Einsteiger, die etwas tiefer in das Thema Operationsverstärker eintauchen möchten.
Was ist ein Operationsverstärker?
Ein Operationsverstärker ist im Grunde ein Differenzverstärker mit einer sehr hohen Verstärkung (idealerweise unendlich). Er besitzt einen nicht-invertierenden und einen invertierenden Eingang, einen Ausgang und natürlich Pins für die Spannungsversorgung. Durch Rückkopplung vom Ausgang auf einen der Eingänge lassen sich viele verschiedene Schaltungen realisieren, zum Beispiel invertierende und nicht-invertierende Verstärker (mit endlicher Verstärkung), Integratoren, Differenzierer, Tiefpass- und Hochpassfilter und viele mehr. Weitere Informationen zu den verschiedenen Schaltungen findest du in Texas Instruments’ „AN-20 An Application Guide For Op Amps”.
Die wichtigsten Datenblattspezifikationen:
1. Versorgungsspannung (Supply Voltage)
Die mit Abstand wichtigste Spezifikation, die du im Datenblatt prüfen solltest, ist der Versorgungsspannungsbereich (Supply Voltage Range). Du findest ihn unter Recommended Operating Conditions (Empfohlene Betriebsbedingungen). Ist deine Versorgungsspannung zu niedrig, arbeitet dein OPV nicht ordnungsgemäß; ist sie zu hoch, kannst du ihn sogar zerstören.
2. Gleichtakteingangsspannungsbereich (Input Common Mode Voltage Range)
Diese Spezifikation wird manchmal übersehen. Der Gleichtakteingangsspannungsbereich definiert den zulässigen Spannungsbereich deiner Eingänge, ohne dass es zu Fehlfunktionen des OPVs kommt. OPVs mit Rail-to-Rail-Eingängen haben einen Gleichtakteingangsspannungsbereich von V- < Vin < V+, andere decken möglicherweise nur die positive oder negative Versorgungsspannungsschiene (Rail) ab – oder keine von beiden.
Beispiel:
Der typische Gleichtakteingangsspannungsbereich des TL072 schließt die positive Schiene ein und benötigt 3 Volt Abstand zur negativen Schiene:
V- + 3V < Vin < V+ →Bei 10 V Versorgungsspannung liegt dein Eingangsspannungsbereich bei 3 V bis 9 V.
In den empfohlenen Betriebsbedingungen kalkuliert TI eine große Sicherheitsreserve ein:
V- + 4V < Vin < V+ – 4V →Bei 10 V Versorgungsspannung liegt dein Eingangsspannungsbereich nur noch bei 4 V bis 6 V.
Wenn du deine Schaltung sauber auslegen willst, musst du den in den empfohlenen Betriebsbedingungen angegebenen Spannungsbereich (Mindestwerte) nutzen. Wenn du jedoch ein Einzelstück entwickelst, kannst du auch mit den typischen Werten arbeiten, indem du die OPVs vorher durchmisst.
3. Eingangsimpedanz (Input Impedance)
Die Eingangsimpedanz von OPVs ist von besonderem Interesse, wenn die Impedanz der Signalquelle hoch ist – zum Beispiel bei der Verwendung passiver Gitarren-Pickups. In diesem Fall empfiehlt sich ein OPV mit JFET-Eingängen (die Eingangsimpedanz reicht bis zu 1000 GΩ). OPVs mit bipolaren Eingängen haben typischerweise Eingangsimpedanzen von etwa 10 MΩ.
4. Äquivalentes Eingangsrauschen und typischer Klirrfaktor
OPVs verstärken nicht nur dein Quellsignal, sie fügen auch Obertöne und Rauschen hinzu. Das äquivalente Eingangsrauschen (Equivalent Input Noise) und der typische Klirrfaktor (Harmonic Distortion) werden entweder separat angegeben oder zusammen als THD+N zusammengefasst.
Für Audioanwendungen ist es entscheidend, einen OPV mit geringem Rauschen und niedrigen Verzerrungen zu wählen.
5. Stromaufnahme (Supply Current)
Wenn dein Gerät mit Batterien betrieben wird, solltest du die Stromaufnahme (Supply Current) im Auge behalten. Der Versorgungsstrom oder Ruhestrom (Quiescent Current) gibt Aufschluss über den Energieverbrauch des OPVs ohne Last.
Leider gilt die Regel, dass niedrige Versorgungsströme zu hohem Rauschen führen. Du siehst, die Wahl des richtigen Bauteils ist immer ein Kompromiss – willkommen in der Elektronik 😉
6. Ausgangsimpedanz (Output Impedance)
Die Ausgangsimpedanz ist wichtig, wenn die Lastimpedanz niedrig ist, zum Beispiel wenn du Kopfhörer oder eine LED ansteuern möchtest. Die Ausgangsimpedanz muss deutlich niedriger sein als die Lastimpedanz, da es sonst zu einem großen Spannungsabfall am Ausgang käme (Spannungsteiler zwischen Ausgangsimpedanz und Lastimpedanz). Wenn du die Ausgangsimpedanz nicht in deinem Datenblatt findest, liefert dir der Ausgangsquellenstrom (Output Source Current) ähnliche Informationen.
Für detaillierte Informationen zu den oben genannten Spezifikationen und mehr empfehle ich dir die Lektüre von TIs „Verstehen der Betriebsverstärker-Spezifikationen“.
Wie finde ich den richtigen OPV?
Ich persönlich nutze gerne die Website von Texas Instruments, da ich dort die für mich wichtigen Spezifikationen eingeben kann und mir die Website dann passende OPVs inklusive eines ungefähren Preises anzeigt. Wenn du auch andere Hersteller einbeziehen möchtest, eignet sich dafür hervorragend die Suchfunktion eines großen Distributors, z. B. Mouser.
Ich hoffe, dieser kleine Leitfaden ist nützlich für dich. Wenn du Gitarre spielst, schau dir bitte die Produkte auf dieser Website an: Meine Firma Songbird FX stellt hochwertige, über Micro-USB aufladbare Gitarreneffekte her.
