OP-Amp-Verstärkungsrechner

Ein Operationsverstärker — meist kurz OP-Amp genannt — ist ein elektronischer Spannungsverstärker mit hoher Verstärkung, differentiellen Eingängen und meist einem einseitigen Ausgang. OP-Amps sind die Bausteine unzähliger analoger Schaltungen: Audioverstärker, aktive Filter, Signalaufbereiter, Integratoren, Differenzierer, Komparatoren und präzise Spannungsreferenzen, um nur einige zu nennen. Das Verstehen und Berechnen ihrer Verstärkung ist eine Kernkompetenz im analogen Schaltungsentwurf. Die Verstärkung einer OP-Amp-Schaltung wird durch externe Rückkopplungswiderstände festgelegt, nicht durch die offene Verstärkung des OP-Amps selbst (die typischerweise enorm ist, von Zehntausenden bis zu Millionen). Zwei Grundkonfigurationen dominieren die praktische Schaltungsentwicklung. Bei der invertierenden Verstärkerkonfiguration wird das Eingangssignal über den Widerstand Rin an den invertierenden (Minus-)Eingang geführt, und ein Rückkopplungswiderstand Rf verbindet den Ausgang wieder mit demselben invertierenden Eingang. Der nichtinvertierende (Plus-)Eingang liegt auf Masse. Unter idealen Annahmen — unendliche offene Verstärkung, unendliche Eingangsimpedanz, null Ausgangsimpedanz — gilt für die Spannungsverstärkung Av = –Rf / Rin. Das Minuszeichen bedeutet, dass der Ausgang um 180 Grad phasenverschoben zum Eingang ist. Bei Rf = 10 kΩ und Rin = 1 kΩ beträgt die Verstärkung –10, also erzeugt ein Eingang von 1 V einen Ausgang von –10 V. Bei der nichtinvertierenden Verstärkerkonfiguration wird das Eingangssignal direkt an den nichtinvertierenden (Plus-)Eingang gelegt, und das Rückkopplungsnetzwerk (Rf vom Ausgang zum invertierenden Eingang und Rin vom invertierenden Eingang nach Masse) legt die Verstärkung fest, ohne die Phase zu invertieren. Die ideale Spannungsverstärkung lautet Av = 1 + Rf / Rin. Mit denselben Widerständen (Rf = 10 kΩ, Rin = 1 kΩ) ergibt sich +11 — nichtinvertierend und etwas größer als im invertierenden Fall, weil der Eingang vor der Rückkopplung direkt vom OP-Amp gepuffert wird. Die Verstärkung wird auch häufig in Dezibel angegeben: dB = 20 × log₁₀(|Av|). Eine Verstärkung von 10 entspricht 20 dB; eine Verstärkung von 100 entspricht 40 dB. Die dB-Skala ist logarithmisch, was das Addieren von Verstärkungen bei Kaskadierung von Verstärkerstufen erleichtert: 20 dB + 20 dB = 40 dB. Dieser Rechner unterstützt beide Konfigurationen. Geben Sie Rf, Rin und optional die Eingangsspannung ein, wählen Sie invertierend oder nichtinvertierend, und das Tool liefert sofort Spannungsverstärkung, Ausgangsspannung und dB-Wert. Es ist nützlich für die erste Auslegung, die Schaltungsprüfung und das didaktische Verständnis des OP-Amp-Verhaltens.