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Inhalt:
Allgemeines
Technologiern von Operationsverstärkern
Populäre Operationsverstärkertypen
 Verwandte Themen:
OP in der Praxis
Rauschverhalten von OPs


Allgemeines

Die Anzahl von verschiedenen Typen an Operationsverstärkern ist unüberschaubar groß. Meistens ist es aber nicht notwendig, sich jedesmal auf die zeitraubende Suche nach einem Spezial-Operationsverstärker zu geben. Heutige Standardtypen besitzen so gute Eigenschaften, daß man nur selten einen Typ mit besseren Eigenschaften benötigt. Nachfolgend finden Sie eine Übersicht über die verschiedenen Technologien, in denen Operationsverstärker gefertigt werden.


Technologien von Operationsverstärkern

Ursprünglich wurden integrierte Operationsverstärker ausschließlich unter Verwendung von Bipolartransistoren (also npn- und pnp-Transistoren) gefertigt. Wenn es um geringes Rauschen bei niedrigem Signalquellenwiderstand geht, sind derart aufgebaute OpAmps auch heute noch erste Wahl. Für Zwecke, bei denen es auf einen extrem hohen Eingangswiderstand ankommt, werden Operationsverstärker bestehend aus CMOS-FETs hergestellt. Leider ist deren Rauschspannung relativ hoch. Ein Zwischending sind Operationsverstärker in Bipolar-Technologie mit einer Eingangsstufe in JFET-Technolgie (JFET = Junction FET = Sperrschicht-Feldeffekttransistor). Sie verbinden die Vorteile der Bipolar- und JFET-Technologie.

Insgesamt kann man sagen, daß rauscharme Operationsverstärker mit Bipolartransistoren in der Eingangsstufe ideal für niederohmige Signalquellen geeignet sind. Ihr Eingangswiderstand ist relativ gering (üblicherweise um 1 MΩ oder etwas mehr), was bei niederohmigen Signalquellen aber kein Problem ist. Der Stromverbrauch ist mittel bis hoch und beträgt normalerweise zwischen ca. 0,5 und 10 mA. Selbstverständlich werden die Eigenschaften wie Verstärkungs-Bandbreitenprodukt und Slew-Rate durch die interne Schaltungsausführung des OPs bestimmt, aber bei gegebener Schaltung kann man beides erhöhen, indem man durch andere Dimensionierung der internen Stromquellen den Strom erhöht.

JFETs in der Eingangsstufe erhöhen den Eingangswiderstand bereits auf Werte um 1 TΩ sprich 1.000.000 MΩ, in wissenschaftlicher Schreibweise 1012 Ω. Aufgrund des geringen Rauschstroms sind sie prädestiniert für Signalquellen mit mittlerem bis hohem Innenwiderstand. Der Stomverbrauch solcher Operationsverstärker ist vergleichbar mit dem von bipolaren Typen.

CMOS-Operationsverstärker besitzen aufgrund der MOSFETs als Eingangstransistoren extrem hohe Eingangswiderstände, bei der die in Elektronikkreisen übliche Schreibweise MΩ, GΩ und TΩ nicht mehr ausreicht. Es handelt sich oft um mehr als 1000 TΩ, in wissenschaftlicher Schreibweise 1015 Ω, die aber nur dann erreicht werden, wenn der OP keinen ESD-Schutz besitzt, der den Eingangswiderstand auf Werte um 1012 Ω begrenzt. OPs ohne ESD-Schutz sind sehr empfindlich gegenüber elektrostatischen Ladungen, so daß man sie in einer leitfähigen Verpackung aufbewahren und beim Einbau besondere Vorsicht walten lassen muß. Bei solch hohen Eingangswiderständen des OPs spielen die Isoliereigenschaften der Leiterplatte und die Luftfeuchtigkeit die wesentliche Rolle. Der Stromverbrauch bewegt sich bei ansonsten vergleichbaren Eigenschaften in der gleichen Größenordnung wie bei Bipolar-Operationsverstärkern. Allerdings kann man durch andere Dimensionierung der internen Stromquellen den Stromverbrauch sehr stark verringern, wenn man eine Verschlechterung der Eigenschaften in Kauf nimmt. Bei vor allem stark verringertem Verstärkungs-Bandbreitenprodukt und stark verringerter Slew-Rate sind so OPs mit einem Ruhestromverbrauch von bis herab zu 10 μA möglich. Bei manchen Typen kann man den Strom durch einen "Programmier"-Pin (meist als "Bias-Select" bezeichnet) einstellen und so die Eigenschaften passend einstellen.

In den letzen Jahren ist es gelungen, die positiven Eigenschaften der verschiedenen Technologien miteinander zu kombinieren. Das Ergebnis sind Operationsverstärker mit bislang ungeahnten Eigenschaften wie niedrigem Stromverbrauch bei gleichzeitig niedrigem Rauschen und hohem Verstärkungs-Bandbreitenprodukt und hoher Slew-Rate. Sie sind jedoch oft teuer und zudem für Hobbybastler nicht leicht erhältlich, so daß man sie nur dort einsetzen sollte, wo man deren besondere Eigenschaften wirklich benötigt.


Populäre Operationsverstärkertypen

Es gibt einige Operationsverstärkertypen, die sich in den letzten Jahren quasi als Industriestandard durchgesetzt haben. Sie sind in der nachfolgenden Tabelle mit einigen wesentlichen Eigenschaften aufgelistet. Sie reichen für die meisten Anwendungen problemlos aus. Insbesondere die TL07x-Familie ist auch heute noch in zahlreichen Audioschaltungen zu finden. Aufgrund der Verwendung in hoher Stückzahl besitzt sie zudem ein sehr erfreuliches Preis-/Leistungsverhältnis. Für einen Typ mit nur geringfügig besseren Daten müssen Sie recht tief in die Tasche greifen.

TypTechnologieEingangKurzbeschreibung
709*BipolarnpnAltehrwürdiger Typ aus den Anfängen der OP-Technik. Muß extern kompensiert werden. Wird z.B. als LM709 oder μA709 angeboten. Mittlere Slew-Rate.
741*BipolarnpnAltehrwürdiger Typ aus den Anfängen der OP-Technik und der wohl populärste OP überhaupt. Intern kompensiert. Wird z.B. als LM741 oder μA741 angeboten. Geringe Slew-Rate.
1458*BipolarnpnEntspricht in seinen elektrischen Eigenschaften nahezu dem 741. Es handelt sich jedoch um einen Doppel-OP, bei dem 2 OPs in einem Gehäuse untergebracht sind. Gegenüber dem 741 fehlt die Offset-Einstellmöglichkeit.
CA3080*bipolarnpnSogenannter Transconductance-OP, dessen Verstärkung mit einem Strom gesteuert werden kann. Das Ausgangssignal ist nicht eine Ausgangsspannung sondern ein Ausgangsstrom. Hohe Slew-Rate.
CA3130*CMOSCMOSEiner der ersten populären vollständig in CMOS-Technologie aufgebauten OPs mit extrem hohem Eingangswiderstand.
CA3140*CMOSCMOSEiner der ersten populären vollständig in CMOS-Technologie aufgebauten OPs mit extrem hohem Eingangswiderstand.
LF356*BipolarJFETRauscharmer OP mit hohem Eingangswiderstand, großem Verstärkungs-Bandbreitenprodukt und geringer Rauschspannung sowie geringem Rauschstrom. Intern kompensiert. Hohe Slew-Rate.
LF357*BipolarJFETRauscharmer OP mit hohem Eingangswiderstand, sehr großem Verstärkungs-Bandbreitenprodukt und geringer Rauschspannung sowie geringem Rauschstrom. Intern kompensiert für v>5. Sehr hohe Slew-Rate.
LM324BipolarpnpVierfach-OP mit unsymmetrischem Aufbau. Speziell für den Betrieb mit einer einzigen Betriebsspannung. Die Eingangsspannung darf bis auf die negative Betriebsspannung (d.h. bei einer Betriebsspannung Masse) absinken. Intern kompensiert. Geringe Slew-Rate. Gut geeignet für Steuer- und Regelanwendungen, aber weniger für Audio. Auch als LM2902 mit geringfügig schlechteren Werten und geringerer max. Versorgungsspannung erhältlich.
MC3403*BipolarpnpFrüher Vierfach-Audio-OP, bei dem auf geringe Verzerrungen geachtet wurde. Die sonstigen Eigenschaften sind ähnlich dem 741.
NE5532BipolarnpnRauscharmer Doppel-OP (d.h. 2 OPs in einem Gehäuse) mit sehr geringer Rauschspannung aber hohem Rauschstrom. Geringer Eingangswiderstand. Hohe Slew-Rate. Leistungsstarke Ausgangsstufe. NE5532A ist auf geringes Rauschen hin selektiert.
NE5534BipolarnpnRauscharmer OP mit sehr geringer Rauschspannung aber hohem Rauschstrom. Geringer Eingangswiderstand. Hohe Slew-Rate. Leistungsstarke Ausgangsstufe. NE5534A ist auf geringes Rauschen hin selektiert.
OP07BipolarpnpSogenannter Präzisions-OP, der speziell für Meßverstärker entwickelt wurde. Er zeichnet sich vor allem durch eine extrem kleine Offsetspannung und geringe Drift aus. Die Rauschspannung ist gering, der Rauschstrom etwas geringer als bei bipolaren OPs üblich.
RC4136BipolarpnpRauscharmer Vierfach-OP mit geringer Rauschspannung aber hohem Rauschstrom. Geringe Slew-Rate.
TL06xBipolarJFETJFET-OP mit hohem Eingangswiderstand, geringem Rauschstrom und geringer Stromaufnahme. Erhältlich als TL061 mit 1 OP, TL062 mit 2 OPs und TL064 mit 4 OPs in einem Gehäuse.
TL07xBipolarJFETRauscharmer OP mit hohem Eingangswiderstand und geringer Rauschspannung sowie geringem Rauschstrom. Erhältlich als TL071 mit 1 OP, TL072 mit 2 OPs und TL074 mit 4 OPs in einem Gehäuse.
TL08xBipolarJFETNahezu identisch mit TL07x, rauscht jedoch etwas stärker. Erhältlich als TL081 mit 1 OP, TL082 mit 2 OPs und TL084 mit 4 OPs in einem Gehäuse.
*: Für Neuentwicklungen nicht zu empfehlen


Nachfolgend sind zusätzlich einige moderne Operationsverstärker mit speziellen Eigenschaften aufgelistet, um die Möglichkeiten zu demonstrieren. Wenn Sie einen Operationsverstärker mit speziellen Eigenschaften suchen, sollten Sie die WebSites verschiedener Hersteller abklappern (siehe  Technik-Links). Oft kann man dort nach speziellen Parametern suchen ("parametric search") oder sich an einem Auswahlbaum entlanghangeln. Wenn Sie einen passenden Typ gefunden haben, ist die Arbeit aber noch längst nicht erledigt, denn dann fängt die Suche nach einer Bezugsquelle an. Es kommt gar nicht selten vor, daß man als Hobbyelektroniker vor allem bei neuen Typen keine Bezugsquelle findet oder daß der gefundene Typ so teuer ist, daß er nicht in Frage kommt.

TypTechnologieEingangKurzbeschreibung
LT1028npnBipolarBipolar-OP mit unglaublich niedriger Rauschspannung von nur 0,85 nV/sqrt(Hz) bei einem Rauschstrom von 1 pA/sqrt(Hz)
LT1351npnBipolarRauscharmer Bipolar-OP mit einer Slew-Rate von 250 V/μs bei einem unglaublich niedrigen Ruhestrom von nur 250 μA.
TLC271CMOSCMOSCMOS-OP mit einstellbarem Ruhestrom (14/143/950 μA). Das Rauschen (68/32/25 nV/sqrt(Hz)) verändert sich mit dem Ruhestrom genauso wie die Slew-Rate (0,03/0,4/3,6 V/μs) und das Verstärkungs-Bandbreitenprodukt (0,09/0,5/1,7 MHz). Dieser OP ist auch als Doppel-OP (TLC272, TLC27M2 und TLC27L2) und Vierfach-OP (TLC274, TLC27M4 und TLC27L4) erhältlich - wegen der beschränkten Pin-Anzahl jedoch mit fest eingestellten Stromquellen in jeweils 3 Varianten High, Medium und Low.
  

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