Ein Bericht über die Entwicklung und Funktionsweise

Die Bezeichnung Operationsverstärker (engl. operational Amplifer, Verstärker), abgekürzt als OP oder OPA, hat mit Operation im medizinischen Sinne nichts zu tun. Der OP führt Rechenoperationen aus und ist Vorläufer des Prozessors (CPU). In den 60er und 70er Jahren wurden besonders an Forschungseinrichtungen Analogrechner verwendet, mit denen man recht einfach Differentialgleichungen (viele Problemstellungen in der Technik lassen sich damit beschreiben) nachbilden und somit in Echtzeit lösen konnte. Digitalrechner sind für solche speziellen Aufgaben besser geeignet, weil sie, ihrer Natur nach, digital arbeiten. Die Welt, wie wir sie sehen ist allerdings analog. Digitalrechner waren zu dieser Zeit noch sehr leistungsschwach. Das hat sich jedoch mit der Entwicklung der Prozessoren, CPU´s schnell verändert, so dass bald auch aufwendige quasianaloge Simulationen sehr schnell berechnet werden konnten. Deshalb spielen Analogrechner heute kaum noch eine Rolle. Vielmehr ist der OP bei der Ausgabe analoger Signale unverzichtbar, z. B. bei Leistungsverstärkern im Hi-Fi-Bereich (Amp).

Ein Analogrechner bestand aus Gliedern, die zunächst nicht fest verdrahtetet waren. Funktionen konnte man durch Programmierung ändern. Ein Analogrechner bestand aus Funktionseinheiten, die, je nach Aufgabenstellung von Hand miteinander verbunden wurden. Es handelte es sich dabei um Proportionalitätsglieder, d.h. invertierende oder nicht invertierende Verstärker, Addierer, Subtrahierer, Integratoren und Differenzierer. Herzstück dieser Funktionsglieder war jeweils ein sog. Operationsverstärker.

Sehr bald wurde erkannt, dass die anfänglich noch sehr teuren Operationsverstärker nicht nur nutzbringend in Analogrechnern, sondern in fast der ganzen Elektronik einsetzbar waren. Die im Vergleich dazu simplen Transistorgrundschaltungen der Anfänge wurden ersetzt durch den OP. Dies sorgte schon bald für weite Verbreitung und spezielle, auf einem Differenzverstärker basierende Schaltungstechnik. z. B. bei Audioverstärkern, die heute nichts anderes als diskret aufgebaute Leistungsoperationsverstärker sind. Durch zunehmende Stückzahlen sanken die Preise deutlich. Heute ist der Operationsverstärker, von Spezialtypen abgesehen, ein sehr preiswertes Standardbauelement mit nahezu idealen Eigenschaften, das aus der Elektronik nicht mehr wegzudenken ist und das immer noch weiterentwickelt wird, um auch exotische Anwendungsfälle und widersprüchliche Forderungen unter einen Hut zu bekommen. Beispielsweise sind speziell OPs erhältlich, die mit weniger als 20 μA Versorgungsstrom auskommen. Kurioserweise weisen andere Typen trotz zahlreicher Transistoren ein deutlich geringeres Rauschen auf, als diskret erhältlichen Bauelemente.