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DESIGN ELEKTRONIK 04 2022 20 www designelektronik de Halbleiter | Operationsverstärker Signalintegrität beeinträchtigt wird und Verzerrungen auftreten wenn sich der Ausgang nicht an die Geschwindigkeit der Eingangsänderungen anpassen lässt Die Anstiegsrate wird in Millivolt pro Sekunde gemessen für den Anstieg der Ausgangsspannung von zehn bis auf 90 Prozent des Spitzenwertes Bild 3 » Eingangskapazität Die Eingangskapazität eines Operationsverstärkers kann seine Leistung beeinflussen wenn die Frequenz der Eingangssignale zunimmt Beim Messen von Batteriespannungen spielt dieser Faktor nur eine geringe Bedeutung aber sind beispielsweise Ultraschallsignale aktiv zu filtern ist dieser wichtig » Rauschen Wie bei vielen anderen Komponenten gibt es auch bei Operationsverstärkern mehrere Störquellen die ein Rauschen im Ausgangssignal verursachen können wenn kein Eingangssignal vorhanden ist Dazu zählen thermisches weißes Rauschen und 1 f-Rauschen rosa Rauschen Für Anwendungen mit großer Verstärkung und großer Bandbreite empfiehlt es sich daher einen rauscharmen Operationsverstärker zu wählen » Nulldrift Der Einfluss von Faktoren wie der oben erwähnten eingangsseitige Offset-Spannung verändert sich in Abhängigkeit von Temperatur und Zeit Ein driftfreier Operationsverstärker verwendet einen Input-Swappingoder Chopping-Ansatz um diese Einflüsse zu eliminieren » Stromaufnahme Die Stromaufnahme spielt bei vielen Anwendungen eine immer wichtigere Rolle nicht nur um die Energieeffizienz zu optimieren sondern auch um die Lebensdauer der Batterien zu verlängern – insbesondere bei IoT IIoT-Sensoren Operationsverstärker haben einer wesentlich geringeren Stromaufnahme als andere IC-Bausteine beispielsweise Mikrocontroller Es gibt jedoch spezielle energiesparende Operationsverstärker mit Betriebsströmen von nur 900 nA pro Eingang die sich her - vorragend für batteriebetriebene Anwendungen eignen Operationsverstärker im Einsatz Die Halbleiterhersteller optimieren ihr Portfolio an Operationsverstärkern in der Regel in mehrere Kategorien die sich nach den Spezifikationen der Bauelemente orientieren STMicroelectronics unterteilt sie beispielsweise in Produkte mit niedrigem Stromverbrauch niedriger Eingangs-Offset-Spannung Hochspannung Präzision Railto-Rail und Highspeed Analog Devices verfolgt einen ähnlichen Ansatz und unterscheidet Produkte die für bestimmte Anwendungen geeignet sind Ein Beispiel für Präzisions-OPVs mit niedrigem Eingangs-Offset und Nulldrift ist die Baureihe TSZ121 von ST Die in verschiedenen Konfigurationen Single Dual und Quad erhältlichen TSZ121 sind Railto-Rail-Eingangsund -Ausgangs-Operationsverstärker Sie können mit einer Gleichspannung von 1 8 bis 5 5 Vbetrieben werden haben eine maximale Stromaufnahme von 40 µA bei 5 Vund weisen eine typische Offsetspannung von 5 µV bei +25 °Cauf Diese Baureihe eig - net sich besonders für tragbare batteriebetriebene Anwendungen Schaltungen zur Signalkonditionierung und medizinische Messgeräte Bild 4 zeigt die Verwendung des TSZ121 in einer Strommessschaltung eines batteriebetriebenen Geräts Ein hochpräziser Querwiderstand mit 8 mΩ ist Bild 4 Ein Beispiel für die Verwendung des Präzisions-Operationsverstärkers TSZ121 von Hersteller STMicroelectronics zur Strommessung in einem tragbaren Gerät das die Bedeutung der Auswahl eines Operationsverstärkers mit einer niedrigen Eingangs-Offset-Spannung verdeutlicht Bild S TM ic ro el ec tr on ic s Bild 3 Messung der Anstiegsrate eines Operationsverstärkers mit Blick auf die Änderungen des Ausgangssignals Bild Mou se r Bild 2 Operationsverstärker der als nichtinvertierender Verstärker über R2 negativ rückgekoppelt ist Bild Tex as In st ru m en ts