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Discebo.dk

§ 19

Operationsverstärker: Verstärkung und Ausgang

Wie viel verstärkt meine Operationsverstärker-Schaltung, und schneidet sie ab?

Antwort: Die beiden am häufigsten verwendeten Operationsverstärker-Koppllungen werden durch zwei Widerstände bestimmt. Nicht-invertierend ergibt 1 + Rf/Rg, invertierend ergibt −Rf/Rg. Der Rechner zeigt die Verstärkung, sie in dB, die Ausgangsspannung bei deinem Eingangssignal, und ob der Ausgang zu nah an die Versorgung kommt, so dass das Signal abgeschnitten wird.

Formel

Ikke-inverterende: A = 1 + Rf / Rg (signalet i fase)

Inverterende: A = −Rf / Rg (signalet vendes; beregneren viser størrelsen)

Forstærkning i dB = 20 · log₁₀(A)

Udgang = indgang × A. Den kan højst nå forsyningen minus opampens headroom. Negativ luft betyder, at signalet klipper.

Symbole und Einheiten in der Formel
SymbolBedeutungEinheit
typeKupplung—
rfRückkopplungswiderstand RfΩ
rgWiderstand zu Chassis/Eingang RgΩ
uind_mvEingangssignal (Spitzenwert)mV
uforsyningVersorgung (± V, z. B. 12 bei ±12 V)V
headroomAusgangsabstand zur Stromversorgung (Datenblatt)V
=Verstärkung (Mal)gange
=Verstärkung in dBdB
=Ausgangsspannung (Spitzenwert)V
=Größter Ausgang vor dem SchneidenV
=Spielraum zum SchneidenV

Gültigkeit und Quelle

Quelle
Standardformeln für Opamp-Schaltungen · Fachanlage: Berechnungen zu AC- und DC-Eigenschaften von Verstärkern

Gilt nicht, wenn

  • Gilt für einen idealen Operationsverstärker bei niedrigen Frequenzen. Bei hohen Frequenzen begrenzen das Verstärkungs-Bandbreite-Produkt (GBW) und Slew-Rate den Ausgang. Headroom steht im Datenblatt als Ausgangsbereich (output swing); Rail-to-Rail-Typen kommen auf 0 V nahe.

Rechenbeispiel

Die eigenen Standardwerte des Rechners sind eingesetzt. Die Zahlen sind mit genau der Formel berechnet, die das Werkzeug verwendet.

Sat ind

  • Kupplung1
  • Rückkopplungswiderstand Rf47.000 Ω
  • Widerstand zu Chassis/Eingang Rg4.700 Ω
  • Eingangssignal (Spitzenwert)100 mV
  • Versorgung (± V, z. B. 12 bei ±12 V)12 V
  • Ausgangsabstand zur Stromversorgung (Datenblatt)1,50 V

Geber

  • Verstärkung (Mal)11,00 gange
  • Verstärkung in dB20,8 dB
  • Ausgangsspannung (Spitzenwert)1,10 V
  • Größter Ausgang vor dem Schneiden10,50 V
  • Spielraum zum Schneiden9,40 V

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Sådan bruger du den

Når du dimensionerer eller fejlsøger en forforstærker, en måleforstærker til en sensor eller et signaltrin i et lydanlæg, er forstærkningen bestemt af to modstande. Beregneren viser forstærkningen, den i dB, udgangsspændingen og hvor meget luft der er, før signalet klipper mod forsyningen.

Schritt für Schritt

  1. Vælg om koblingen er ikke-inverterende eller inverterende. Se hvor signalet kommer ind i diagrammet.
  2. Indtast Rf (fra udgang til minus-indgang) og Rg (fra minus-indgang til stel eller til signalet).
  3. Indtast indgangssignalets spidsværdi i mV.
  4. Indtast forsyningen og opampens headroom fra databladet.
  5. Er luften til klipning negativ, så sænk forstærkningen eller signalet.

Typische Fehler

  • At bruge den inverterende formel på en ikke-inverterende kobling. Forskellen er 1, og ved lav forstærkning betyder det meget.
  • At glemme, at mange opamps ikke kan gå helt ud til forsyningen. Uden headroom ser kredsen fin ud på papiret og klipper i virkeligheden.
  • At regne med effektivværdi og sammenligne med spidsværdien af forsyningen. Brug spidsværdien.
  • At glemme båndbredden. Ved høj forstærkning og høj frekvens rækker opampens GBW ikke.

Beispiele aus dem Alltag

Forforstærker til en mikrofon

En ikke-inverterende forforstærker har Rf = 47 kΩ og Rg = 4,7 kΩ. Signalet er 100 mV spids, og opampen kører på ±12 V med 1,5 V headroom.

Kupplung
Nicht-invertierend (1 + Rf/Rg)
Rückkopplungswiderstand Rf
47.000 Ω
Widerstand zu Chassis/Eingang Rg
4.700 Ω
Eingangssignal (Spitzenwert)
100 mV
Versorgung (± V, z. B. 12 bei ±12 V)
12 V
Ausgangsabstand zur Stromversorgung (Datenblatt)
1,5 V

Es bedeutet: Kredsen forstærker 11 mal, svarende til 20,8 dB. Udgangen bliver 1,1 V, og der er 9,4 V til klipning.

Sensorforstærker der klipper

Et sensorsignal på 50 mV skal forstærkes med Rf = 100 kΩ og Rg = 1 kΩ. Opampen kører på ±5 V med 1,5 V headroom.

Kupplung
Nicht-invertierend (1 + Rf/Rg)
Rückkopplungswiderstand Rf
100.000 Ω
Widerstand zu Chassis/Eingang Rg
1.000 Ω
Eingangssignal (Spitzenwert)
50 mV
Versorgung (± V, z. B. 12 bei ±12 V)
5 V
Ausgangsabstand zur Stromversorgung (Datenblatt)
1,5 V

Es bedeutet: Forstærkningen er 101 mal, og udgangen skulle være 5,05 V, men den kan højst nå 3,5 V. Luften er -1,55 V, altså klipper signalet. Sænk Rf, eller vælg en rail-to-rail-opamp på højere forsyning.

Inverterende trin i et lydanlæg

Et inverterende linjetrin har Rf = 22 kΩ og Rg = 10 kΩ. Indgangen er 1 V spids, og forsyningen er ±15 V med 2 V headroom.

Kupplung
Invertierend (−Rf/Rg)
Rückkopplungswiderstand Rf
22.000 Ω
Widerstand zu Chassis/Eingang Rg
10.000 Ω
Eingangssignal (Spitzenwert)
1.000 mV
Versorgung (± V, z. B. 12 bei ±12 V)
15 V
Ausgangsabstand zur Stromversorgung (Datenblatt)
2 V

Es bedeutet: Trinnet forstærker 2,2 mal (6,8 dB) og vender signalet. Udgangen er 2,2 V med 10,8 V til klipning.

Faustregel

Hver gang forstærkningen ganges med 10, kommer der 20 dB til. Dobbelt forstærkning er ca. 6 dB.

So überprüfst du die Antwort

Mål ind- og udgang med et tokanals oscilloskop. Forholdet mellem spidsværdierne skal være forstærkningen.