Operationsverstärker-Rechner
Erkunden Sie sechs ideale lineare Operationsverstärkerschaltungen, berechnen Sie ihre Closed-Loop-Antwort und überprüfen Sie, wann eine erwartete Ausgabe die ausgewählten Versorgungsschienen verlässt.
Invertierender Verstärker
Setzen Sie Verstärkung mit einem Eingangs- und Rückkopplungswiderstand.
Ausgewählte Topologie
Ideale Regelkreisgleichungen
Erwartete lineare Reaktion
VIN/VOUT-Chronogramm
Ansteuern eines ausgewählten Eingangs mit einer Wellenform; andere Schaltungseingänge behalten ihren eingegebenen DC-Wert.
Ideale dynamische ReaktionDas Chronogramm verwendet ein ideales Closed-Loop-Modell. Es simuliert keine Bandbreite, Slew-Rate, Rauschen, Stabilität, Input-Common-Mode-Limits oder Output-Clipping.
Analoges Design Guide
Größengrundschaltungen für Operationsverstärker
Invertierende, nicht-invertierende, Follower, Differenz, Integrator und Summierschaltungen verwenden Feedback, um eine Verstärkungs- oder Übertragungsfunktion zu definieren. Dieses Werkzeug bezieht Widerstandsverhältnisse und RC-Zeitkonstanten auf die erforderliche analoge Funktion.
Methode und Annahmen
Die Berechnung beginnt mit einem idealen Operationsverstärker, der linear arbeitet: sehr hohe Open-Loop-Verstärkung, null Eingangsstrom und negative Rückkopplung. Invertierende und nicht-invertierende Gewinne hängen von Widerstandsverhältnissen ab; Die Summenschaltung gewichtet jeden Eingang, die Differenzschaltung benötigt übereinstimmende Verhältnisse, und der Integrator bezieht R, C und Frequenz auf seine Antwortflanke.
Zu prüfende Eingaben
Schaltung und vorgesehene Funktion
Wählen Sie die Schaltung, die dem zu verarbeitenden Signal entspricht. Legen Sie eine vorzeichenbehaftete Verstärkung für die invertierende Stufe, eine positive Verstärkung für die nicht invertierende Stufe, Pro-Kanal-Koeffizienten für die Summierstufe oder eine Zeitkonstante für den Integrator fest.
Widerstandsnetzwerk und Kondensator
Verwenden Sie praktische Werte und bewahren Sie die wichtigen Verhältnisse. Ein Differenzverstärker weist den Gleichtakt nur dann korrekt zurück, wenn seine Widerstandsverhältnisse angepasst sind; für einen Integrator überprüfen Sie den effektiven Wert des Kondensators und die resultierende RC-Zeitkonstante.
Signale, Versorgung und Last
Vergleichen Sie die erwarteten Eingangs- und Ausgangsspannungen mit den Schienen, dem Gleichtaktbereich, der Ausgangsstromfähigkeit und der Last. Eine berechnete Verstärkung ist unbrauchbar, wenn der Op-Amp sättigt oder wenn seine Bandbreite und Slew-Rate dem Signal nicht folgen kann.
Empfohlene Vorgehensweise
- 1Wählen Sie die Schaltung und setzen Sie dann die Verstärkung, Gewichtung oder Zeitkonstante, die für die Übertragungsfunktion benötigt wird.
- 2Wählen Sie bevorzugte Werte, während Sie die Widerstandsverhältnisse beibehalten; Verwenden Sie für einen Differenzverstärker passende Widerstände oder ein integriertes Netzwerk, wenn es auf die Gleichtaktunterdrückung ankommt.
- 3Überprüfen Sie schließlich Spannungsreserve, Bandbreite, Stabilität und Toleranzen gegenüber dem Datenblatt und vervollständigen Sie den Schaltplan, bevor Sie die Werte sperren.
Prüfbeispiel
In einer Invertierstufe mit Rin = 10 kΩ und Rf = 100 kΩ ist die ideale Verstärkung -Rf/Rin = -10. Ein +0,20 V-Eingang erzeugt daher -2,0 V, solange die Schienen, die Last und die dynamischen Grenzen des Operationsverstärkers dies zulassen.
Grenzen zu beachten
Das ideale Modell umfasst nicht Eingangs-Offset- und Biasströme, endliche Verstärkung und Bandbreite, Slew-Rate, Rauschen, CMRR, echte Schienenschwinge, Stromfähigkeit oder Stabilitätsprobleme mit kapazitiven Lasten. Ein echter Integrator benötigt oft einen Leckwiderstand über seinen Kondensator, um DC-Drift und Sättigung zu verhindern.
Häufige Fragen
Warum braucht ein Differenzverstärker passende Widerstände?
Genaue Subtraktion und Gleichtaktunterdrückung beruhen auf gleichen Widerstandsverhältnissen, nicht nur auf Nennwerten. Unabhängige Toleranzen wandeln einen Teil des Gleichtaktsignals in einen Ausgabefehler um; ein angepasstes Widerstandsnetzwerk verbessert dieses Ergebnis normalerweise.
Warum driftet ein Integrator mit einem DC-Eingang?
Jede Gleichstromkomponente, einschließlich Offset- und Vorspannungsströme, wird integriert, bis der Ausgang eine Schiene erreicht. Ein Widerstand über den Kondensator begrenzt DC-Verstärkung und schafft einen praktischen Integrator, ändert aber die sehr niederfrequente Antwort.
Weiterführende Quellen
- Methodenreferenzen: Op-Ampere-Feedback-Gleichungen, das Datenblatt des ausgewählten Teils für Eingabe-/Ausgabebereiche und Herstelleranwendungshinweise für Stabilitäts-, Rausch-, Integrator- und Differenzverstärkerschaltungen.
Eigene Lerninhalte, zuletzt am 20. August 2026 auf technische Klarheit geprüft. Prüfen Sie vor Inbetriebnahme oder Fertigung stets Datenblätter, geltende Normen und Ihren Entwurf.