Калькулятор усиления ОУ
Рассчитывайте коэффициент усиления по напряжению, выходное напряжение и усиление в дБ для инвертирующих и неинвертирующих схем на операционном усилителе.
Выберите конфигурацию усилителя, введите значения резисторов и входное напряжение, чтобы мгновенно получить расчёт усиления и выходного сигнала для вашей схемы на ОУ.
Калькулятор усиления ОУ
Рассчитывайте коэффициент усиления по напряжению, выходное напряжение и усиление в дБ для инвертирующих и неинвертирующих схем на операционном усилителе.
О калькуляторе усиления ОУ
Операционный усилитель — обычно просто ОУ — это электронный усилитель напряжения с высоким коэффициентом усиления, дифференциальным входом и, как правило, однотактным выходом. ОУ являются строительными блоками бесчисленного множества аналоговых схем: аудиоусилителей, активных фильтров, устройств обработки сигналов, интеграторов, дифференциаторов, компараторов и прецизионных опорных источников напряжения. Понимание и расчёт их усиления — базовый навык в аналоговой схемотехнике.
Усиление схемы на ОУ задаётся внешними резисторами обратной связи, а не собственным разомкнутым усилением ОУ (которое обычно огромно — от десятков тысяч до миллионов). На практике доминируют две базовые конфигурации.
В инвертирующей конфигурации входной сигнал подаётся на инвертирующий (минусовой) вход через резистор Rin, а резистор обратной связи Rf соединяет выход с тем же инвертирующим входом. Неинвертирующий (плюсовой) вход заземлён. В идеальных допущениях — бесконечное разомкнутое усиление, бесконечное входное сопротивление, нулевое выходное сопротивление — коэффициент усиления по напряжению равен Av = –Rf / Rin. Знак минус означает, что выход сдвинут по фазе на 180° относительно входа. Если Rf = 10 kΩ и Rin = 1 kΩ, усиление равно –10, то есть вход 1 V даёт выход –10 V.
В неинвертирующей конфигурации входной сигнал подаётся напрямую на неинвертирующий (плюсовой) вход, а цепь обратной связи (Rf от выхода к инвертирующему входу и Rin от инвертирующего входа на землю) задаёт усиление без инверсии фазы. Идеальный коэффициент усиления по напряжению равен Av = 1 + Rf / Rin. При тех же резисторах (Rf = 10 kΩ, Rin = 1 kΩ) усиление становится +11 — неинвертирующим и немного больше, чем в инвертирующем случае, потому что вход сначала непосредственно буферизуется ОУ до действия обратной связи.
Усиление также часто выражают в децибелах: dB = 20 × log₁₀(|Av|). Усиление 10 соответствует 20 dB; усиление 100 — 40 dB. Шкала dB логарифмическая, поэтому при каскадировании усилительных ступеней значения удобно складывать: 20 dB + 20 dB = 40 dB.
Этот калькулятор поддерживает обе конфигурации. Введите Rf, Rin и, при необходимости, входное напряжение, выберите инвертирующую или неинвертирующую схему — и инструмент сразу покажет коэффициент усиления, выходное напряжение и значение в dB. Он полезен для первичного проектирования, проверки схем и учебного изучения поведения ОУ.
Примеры усиления ОУ
Типовые инвертирующие и неинвертирующие конфигурации с рассчитанным усилением.
| Конфигурация | Коэффициент усиления | Усиление в dB |
|---|---|---|
| Инвертирующая: Rf = 10 kΩ, Rin = 1 kΩ | Av = –10 | 20 dB (модуль) |
| Неинвертирующая: Rf = 10 kΩ, Rin = 1 kΩ | Av = +11 | 20.83 dB |
| Инвертирующая: Rf = 47 kΩ, Rin = 4.7 kΩ | Av = –10 | 20 dB (модуль) |
| Неинвертирующий буфер единичного усиления: Rf = 0, Rin = ∞ | Av = +1 | 0 dB (повторитель напряжения) |
| Инвертирующая: Rf = 100 kΩ, Rin = 1 kΩ, Vin = 0.05 V | Av = –100, Vout = –5 V | 40 dB |
Как пользоваться калькулятором усиления ОУ
- Выпадающем списке Тип усилителя выберите Инвертирующий усилитель или Неинвертирующий усилитель.
- Введите резистор обратной связи Rf в омах (например, 10000 для 10 kΩ).
- Введите входной резистор Rin в омах (например, 1000 для 1 kΩ).
- При необходимости введите входное напряжение Vin, чтобы вычислить фактическое выходное напряжение.
- Нажмите Рассчитать, чтобы увидеть коэффициент усиления (Av), выходное напряжение, усиление в dB и используемую формулу.
Часто задаваемые вопросы
Что означает отрицательное усиление в инвертирующем усилителе?
Отрицательное усиление означает, что выходной сигнал инвертирован — он сдвинут по фазе на 180° относительно входа. Модуль усиления по-прежнему показывает, во сколько раз усиливается сигнал. Av = –10 означает десятикратное усиление с одновременным изменением полярности.
Как выбрать между инвертирующей и неинвертирующей схемой?
Используйте инвертирующую схему, когда нужна инверсия сигнала или суммирование нескольких входных сигналов (суммирующий узел с виртуальной землёй). Используйте неинвертирующую схему, когда требуется высокое входное сопротивление или нужно сохранить фазу сигнала.
Что такое усиление в dB и зачем оно нужно?
Усиление в децибелах (dB = 20 × log₁₀|Av|) использует логарифмическую шкалу, которая удобна для каскадных усилителей. Вместо перемножения усилений достаточно складывать их значения в dB. Это также соответствует тому, как человеческий слух воспринимает громкость.
Предполагают ли эти формулы идеальный ОУ?
Да. Формулы Av = –Rf/Rin (инвертирующая) и Av = 1 + Rf/Rin (неинвертирующая) предполагают идеальный ОУ с бесконечным разомкнутым усилением, бесконечным входным сопротивлением и нулевым выходным сопротивлением. Реальные ОУ дают небольшие отклонения, особенно возле предельной полосы пропускания, но для большинства практических схем идеальные формулы достаточно точны.
Что такое произведение усиление-полоса пропускания?
Произведение усиление-полоса пропускания (GBW) — это постоянная для конкретного ОУ, связывающая замкнутый коэффициент усиления с полезным диапазоном частот. Если у ОУ GBW равен 1 MHz и вы задаёте усиление 10, полезная полоса пропускания падает примерно до 100 kHz. Этот калькулятор не учитывает GBW; для высокочастотных схем смотрите паспорт ОУ.
Как получить ровно 1 по усилению (буфер единичного усиления / повторитель напряжения)?
В неинвертирующей конфигурации соедините выход напрямую с инвертирующим входом без резисторов (Rf = 0 и Rin = ∞, тогда Av = 1 + 0 = 1). Такая схема имеет очень высокое входное сопротивление и очень низкое выходное сопротивление, поэтому идеально подходит для буферизации сигнала без нагрузки на источник.