Nicht-invertierender Verstärker: Aufbau, Test und Beherrschung der Op-Amp-Verstärkungssteuerung

Benötigte Bauteile und Materialien

• Operationsverstärker: Modell 1458 oder 353 (Radio Shack Katalog # 276‑038 / # 900‑6298)
• Drei 6-V-Batterien
• Zwei 10 kΩ Linear-Potentiometer (Radio Shack Katalog # 271‑1715)

Querverweise

Lessons In Electric Circuits, Band 3, Kapitel 8: „Operationsverstärker“

Lernziele

• Demonstration der Verwendung eines Op-Amps als einseitigen Verstärker.
• Veranschaulichung, wie geteilte negative Rückkopplung einstellbare Verstärkung festlegt.

Schaltplan

Aufbauillustration

Anleitung

Die Schaltung unterscheidet sich vom einfachen Spannungsfolger nur im Rückkopplungspfad: Statt einer direkten Verbindung führt ein spannungsteilendes Potentiometer (R₂) einen Bruchteil des Ausgangs zum invertierenden Eingang zurück. Diese Anordnung zwingt den Op-Amp, seinen Ausgang auf einen Wert zu treiben, der die differentielle Eingangsspannung nahe null hält, wodurch eine Spannungsverstärkung entsteht, die durch die Potentiometerstellung festgelegt wird.

Stellen Sie R₂ auf etwa Mittelposition ein. Die Verstärkung sollte nahe 2 liegen. Messen Sie Eingangs- und Ausgangsspannungen bei mehreren Einstellungen des Eingangs-Potentiometers (R₁). Verändern Sie dann R₂ auf eine neue Position und wiederholen Sie die Messungen. Für jede R₂-Einstellung bleibt das Ausgangs-zu-Eingangs-Verhältnis konstant.

Da die Ausgangsspannung in dieselbe Richtung wie die Eingangsspannung steigt, wird der Verstärker als nicht-invertierend klassifiziert. Würde der Ausgang entgegengesetzt zum Eingang verlaufen, wäre es ein invertierender Verstärker. Diese einfache Konfiguration ermöglicht präzise, einstellbare Verstärkung ohne die Komplexität diskreter Transistorschaltungen.

Experimentieren Sie, indem Sie R₂ variieren, um die maximal und minimal erreichbaren Verstärkungen zu finden. Überlegen Sie: Welche ist die niedrigste mit diesem Aufbau erreichbare Verstärkung und warum?

Computersimulation (SPICE)

SPICE-Schaltplan mit Knotennummern:

Netlist (erstellen Sie eine Textdatei mit folgendem exakten Inhalt):

Noninverting amplifier
vinput 1 0
r2 3 2 5k
r1 2 0 5k
rbogus 1 0 1meg
e1 3 0 1 2 999meg
rload 3 0 10k
.dc vinput 5 5 1
.print dc v(1,0) v(3,0)
.end

Mit R₁ = R₂ = 5 kΩ repräsentiert die Simulation die Mittelposition (50 %). Um eine 75 %-Position zu emulieren, setzen Sie R₂ = 7,5 kΩ und R₁ = 2,5 kΩ.

Zugehöriges Arbeitsblatt

• Inverting and Noninverting Op-Amp Voltage Amplifier Circuits Worksheet