Integrator / Integrierverstärker

Der invertierende Verstärker ist eine Schaltung mit Operationsverstärker, die sich hervorragend als aktiver Filter eignet. Die Schaltung wird als Integrator oder Integrierverstärker bezeichnet. Der Verstärkungsfaktor V_u kann dabei Null sein.
Die Grundschaltung des Integrators ist der invertierende Verstärker. Der Rückkopplungswiderstand ist durch einen Kondensator ersetzt. Mit dem Kondensator wird die Rückkopplung vom Ausgang auf den Eingang frequenzabhängig gemacht. Dadurch wird die ganze Schaltung frequenzabhängig. Mit steigender Frequenz nimmt die Ausgangsspannung ab. Der Integrator zeigt sein Tiefpassverhalten.
Bei bestimmten Anwendungen muss der Widerstand R₂ in der Schaltung sein. Er ist meistens sehr hochohmig (MΩ). Bei R₁ = R₂ eignet sich die Schaltung zur arithmetischen Mittelwertbildung.

Formel Formel

Spannungsverlauf

Diagramm mit Eingangsspannung und Ausgangsspannung
Der Operationsverstärker versucht durch Erhöhen der Spannung U_a den Kondensator C mit Strom zu laden, bis die maximale Ausgangsspannung erreicht ist. Der Kondensator C lädt sich über den Widerstand R₁ mit dem Strom I_C auf. Dabei steigt die Ausgangsspannung U_a an.
Wechselt die Eingangsspannung die Polarität, entlädt sich der Kondensator wieder. Die Ausgangsspannung U_a sinkt.
Die Eingangsspannung U_e fällt über den Eingangswiderstand R₁ ab (invertierender Eingang = virtueller Nullpunkt).
Der Strom I_C ist in diesem Beispiel konstant, da die Eingangsspannung U_e konstant ist. Das muss aber nicht immer so sein.

Bei konstanter Eingangsspannung steigt die Ausgangsspannung mit umgekehrtem Vorzeichen linear an. Die Integrationszeitkonstante τ_i gibt die Zeit an, bis wann die maximale Ausgangsspannung erreicht ist.
Mit steigender Frequenz nimmt die Ausgangsspannung ab. Der Integrator zeigt sein Tiefpassverhalten.