9.11 : Frequenzgang

Operationsverstärker (OP-Amp) werden zur Signalaufbereitung, Filterung oder zur Durchführung mathematischer Operationen wie Addition, Subtraktion, Integration und Differenzierung verwendet. Der Frequenzgang eines OP-Amps ist ein wichtiger Aspekt, der beschreibt, wie die Verstärkung des Verstärkers mit der Frequenz variiert.

Frequenzgang und Verstärkung:

Die Verstärkung des OP-Amps, A(ω), ist keine Konstante, sondern eine Funktion der Eingangssignalfrequenz. Ein OP-Amp kann bei niedrigen Frequenzen eine konstante Verstärkung aufrechterhalten, die als Gleichstromverstärkung (DC-Verstärkung) A_0 bezeichnet wird. Die Verstärkung kann als Gleichung dargestellt werden:

ω ist die Eingangssignalfrequenz und ω_1 ist die Eck- oder Knickfrequenz, bei der die Verstärkung beginnt, unter die Gleichstromverstärkung A_0 zu fallen.

Das Bode-Diagramm stellt die logarithmische Grafik der Größe der Verstärkung des OP-Amps gegenüber der Frequenz dar. Es ist eine grafische Darstellung, wie die Verstärkung eines OP-Amps bei höheren Frequenzen abnimmt.

Bei einem nichtinvertierenden Verstärker wird die Eingangsspannung in der Schaltungskonfiguration an den nichtinvertierenden Anschluss des Operationsverstärkers angelegt, was zu einer verstärkten Ausgangsspannung führt, die in Phase mit der Eingangsspannung ist. Die Verstärkung dieser Schaltung wird durch die Frequenzantwort des Operationsverstärkers und das Verhältnis der in der Schaltung verwendeten Widerstände R_1 und R_2 beeinflusst. Die Netzwerkfunktion des nichtinvertierenden Verstärkers ergibt sich aus:

Wobei K die ideale Verstärkung des Verstärkers ist, wie sie wie folgt geschrieben wird:

Die Frequenzantwort eines Operationsverstärkers ist entscheidend, um zu bestimmen, wie effektiv er Signale bei verschiedenen Frequenzen verstärken kann. Das Konzept von Verstärkung gegenüber Frequenz und dem Verstärkungs-Bandbreiten-Produkt wird bei der Entwicklung und Anwendung von Operationsverstärkerschaltungen in elektronischen Geräten verwendet.