Spannungsfolger-Rechner für Operationsverstärker

Dieser Rechner bewertet einen idealen Operationsverstärker als Spannungsfolger in einem Schritt. Geben Sie die Spannung am nichtinvertierenden Eingang ein: Das Ergebnis bestätigt eine geschlossene Verstärkung von eins, übernimmt diese Spannung am Ausgang und zeigt, dass keine Phasenumkehr erfolgt. Zudem erläutert es die kennzeichnende Pufferwirkung mit sehr hoher Eingangsimpedanz und sehr niedriger Ausgangsimpedanz. Die Berechnung ist deterministisch und benötigt weder Netzwerk noch Zufall oder Zeitdaten. Sie ist eine ideale Erstanalyse; reale Grenzen für Aussteuerung, Strom, Bandbreite, Offset, Anstiegsgeschwindigkeit und Stabilität hängen vom Bauteil und seinen Versorgungsspannungen ab.

Warum ein Spannungsfolger die Verstärkung eins besitzt

Der Spannungsfolger ist die einfachste geschlossene Schaltung eines Operationsverstärkers. Die Quelle speist den nichtinvertierenden Eingang, während der Ausgang direkt mit dem invertierenden Eingang verbunden ist. Dadurch wird das vollständige Ausgangssignal negativ rückgekoppelt.

Im idealen linearen Modell regelt der Verstärker seinen Ausgang so lange, bis die Spannungsdifferenz zwischen beiden Eingängen null ist. Der invertierende Eingang liegt folglich auf Ausgangsspannung, der nichtinvertierende auf der eingegebenen Quellenspannung, und beide Werte sind gleich. Es gilt Vout = Vin; die Verstärkung Av = Vout/Vin beträgt eins.

Der Rechner bestätigt dies auch bei Eingang null, wo eine direkte Division 0/0 unbestimmt wäre, denn die Schaltungstopologie legt die Verstärkung fest. Positive Werte bleiben positiv und negative Werte negativ, eine Phasenumkehr findet nicht statt. Anders als ein mit Widerständen eingestellter nichtinvertierender Verstärker benötigt der Folger weder Rf noch Rg.

Er ist ein Puffer und kein Spannungsverstärker: Er bewahrt die Spannung, verändert jedoch die Impedanz zwischen den Stufen. Die ideale Gleichheit setzt wirksame Gegenkopplung und linearen Betrieb voraus. Bei realen Schaltungen können Gleichtaktbereich und Ausgangshub sie nahe den Versorgungsschienen verhindern.

So lesen Sie Ausgang und Impedanzangaben

Die Zahl kann Volt, Millivolt oder eine andere konsistente Spannungseinheit darstellen, weil Multiplikation mit eins den Maßstab nicht ändert. Tragen Sie kein Einheitensymbol in das Zahlenfeld ein. Die Impedanztexte beschreiben das ideale Modell.

Sehr hohe Eingangsimpedanz bedeutet nahezu keinen Eingangsstrom und damit geringe Belastung eines Sensors oder Teilers. Sehr niedrige Ausgangsimpedanz lässt den Ausgang für die nächste Stufe wie eine steife Spannungsquelle wirken. Ideal sind die Grenzwerte unendlich am Eingang und null am Ausgang; reale Werte hängen jedoch von Bauteil, Frequenz, Rückkopplung, Last und Temperatur ab.

Nutzen Sie Datenblatt oder Simulation für Zahlenwerte.

Praktische Prüfungen und reale Grenzen

Verwenden Sie das Ergebnis als ideale Topologieprüfung, bevor Sie ein Bauteil auswählen. Bei -0.75 bleibt der ideale Ausgang -0.75, da der Folger nicht invertiert. Solche Prüfungen helfen bei Schaltplanreviews, Unterricht und Testvorbereitung.

Vergleichen Sie anschließend mit dem Datenblatt. Prüfen Sie, ob der Gleichtakteingangsbereich die gewünschte Spannung bei den geplanten Versorgungen umfasst und ob der garantierte Ausgangshub sie unter Last erreicht. Beachten Sie den maximalen Ausgangsstrom: Niedrige Ausgangsimpedanz bedeutet keinen unbegrenzten Strom.

Prüfen Sie Verstärkungs-Bandbreiten-Produkt, Anstiegsgeschwindigkeit, Offset, Eingangsbias, Rauschen und Stabilität bei kapazitiver Last. Manche Operationsverstärker sind bei Verstärkung eins nicht stabil und können als Folger schwingen, obwohl die Gleichstromgleichung stimmt. Auch rail-to-rail hebt Grenzen nahe den Schienen nicht auf.

Der Rechner begrenzt nicht an unbekannten Versorgungsspannungen und erfindet ohne Typangabe keine Impedanzwerte. Ist das ideale Ergebnis praktisch unmöglich, behandeln Sie die Abweichung als Entwurfswarnung und arbeiten Sie mit Datenblatt oder SPICE weiter.