Guadagno op-amp invertente

Il guadagno di tensione di un amplificatore operazionale è il rapporto a catena chiusa fra la tensione di uscita e quella di ingresso quando due resistenze fissano la controreazione. Questo calcolatore di guadagno op-amp valuta lo stadio invertente ideale: la sorgente attacca il morsetto invertente attraverso la resistenza di ingresso Rin, l'uscita torna a quel nodo attraverso la resistenza di reazione Rf, e Av vale meno Rf su Rin. Lei riceve il guadagno col segno e la magnitudine in decibel, calcolata come venti volte il logaritmo decimale di Rf su Rin.

Guadagno a catena chiusa dell'op-amp e formula invertente Av = −Rf/Rin

I fogli dati di un amplificatore operazionale citano un guadagno a catena aperta enorme, ma il numero che Lei usa davvero in un circuito è il guadagno di tensione a catena chiusa fissato da due resistenze. Questo calcolatore risponde a quella domanda pratica per il collegamento invertente: il segnale di ingresso raggiunge il morsetto invertente attraverso Rin, la reazione torna dall'uscita attraverso Rf, e il morsetto non invertente è riferito a massa di segnale.

Sotto le idealizzazioni abituali — guadagno a catena aperta infinito, corrente di ingresso nulla e massa virtuale al nodo invertente — la corrente Vin su Rin attraverso la resistenza di ingresso uguaglia la corrente meno Vout su Rf attraverso quella di reazione. Annullando quelle correnti si ottiene Av uguale a Vout su Vin, uguale a meno Rf su Rin. Il segno meno è l'inversione che dà il nome alla topologia: un Vin positivo produce un Vout negativo quando entrambe le resistenze sono positive.

Accanto al rapporto col segno, lo strumento riporta la magnitudine in decibel come venti volte il logaritmo in base dieci di Rf su Rin, come i grafici audio e di strumentazione tracciano il valore assoluto di Av. I controlli da manuale sono immediati. Dieci chilohm di ingresso con cento chilohm di reazione producono Av uguale a meno dieci e venti decibel.

Resistenze uguali producono Av uguale a meno uno e zero decibel, il buffer invertente a guadagno unitario. Un rapporto di reazione 2.2 a 1 produce Av uguale a meno 2.2. Il motore non simula il prodotto guadagno-banda finito, la polarizzazione di ingresso, l'offset né la saturazione; ciò spetta a una passata SPICE dopo che questo primo numero è corretto.

Conservi entrambe le resistenze nella stessa unità perché il rapporto sia onesto, e tratti il risultato come il guadagno a catena chiusa ideale che fissa prima di preoccuparsi della banda.

Compiti, progetto di laboratorio e prove software che richiedono un Av stabile

Gli studenti incontrano il guadagno op-amp quando un corso di circuiti introduce la controreazione negativa, quando un laboratorio chiede di prevedere Vout su Vin prima di misurarlo, e quando un problema di concorso dà due resistenze e vuole Av senza simulatore. I docenti possono generare chiavi di correzione per coppie in chilohm senza mescolare unità né omettere il segno meno.

Chi progetta preamplificatori audio, front-end a fotodiodo e condizionatori di sensori usa lo stadio invertente perché la massa virtuale tiene quieto il nodo sommatore e il guadagno è un semplice rapporto. Conservi entrambe le resistenze nella stessa unità — ohm con ohm, chilohm con chilohm — perché conta solo il rapporto, e mescolare un chilohm con un ohm senza convertire è l'errore silenzioso più comune.

I chip reali hanno ancora guadagno a catena aperta finito, corrente di polarizzazione di ingresso e un prodotto guadagno-banda, quindi tratti questo risultato come il primo passo ideale, poi verifichi banda e stabilità a parte. Una convalida fallita non consuma saldo, il che rende economica l'esplorazione. Abbini il risultato a uno strumento di guadagno non invertente quando la topologia è uno più Rf su Rg, oppure a uno di guadagno di tensione in dB quando ha già Vout e Vin invece delle resistenze.