Schaltungsanalyse und Schaltungsentwurf

Elektronische Baugruppen setzt du aus bewährten Standardschaltungen zusammen. Beim Operationsverstärker mit Gegenkopplung rechnest du mit zwei Annahmen: Die Spannung zwischen den Eingängen ist praktisch null, und in die Eingänge fließt kein Strom. Daraus folgt die Verstärkung des invertierenden Verstärkers als Verhältnis der beiden Widerstände mit Minuszeichen und die des nichtinvertierenden Verstärkers als 1 plus dieses Verhältnis. Die Ausgangsspannung kann nie größer werden als die Versorgung erlaubt; GBW und Slew Rate aus dem Datenblatt begrenzen Frequenz und Flankensteilheit.

Ein RC-Tiefpass dämpft hohe Frequenzen, etwa Störungen vor einem AD-Umsetzer. Bei der Grenzfrequenz ist die Ausgangsspannung auf etwa 70,7 % gesunken, das sind −3 dB, und die Phase eilt um 45° nach. Transistorstufen unterscheidest du nach Emitter-, Kollektor- und Basisschaltung; die Kollektorschaltung dient als Impedanzwandler. Digitale Eingänge brauchen definierte Pegel, deshalb gehören Pull-up- oder Pull-down-Widerstände und eine Entprellung zu jedem Taster.

Der Entwurf läuft vom Lastenheft über Blockschaltbild, Schaltplan und Dimensionierung zur Simulation, etwa mit SPICE. Die Simulation spart Labormuster und zeigt Toleranzeinflüsse, ersetzt aber nicht die Messung am aufgebauten Muster, denn Layout und Störungen fehlen im Modell.