Nichtinvertierender Verstärker

Ein Rechner für den nichtinvertierenden Verstärker wandelt die beiden Rückkopplungswiderstände eines idealen Op-Amps in die geschlossene Spannungsverstärkung um. Geben Sie den Rückkopplungswiderstand Rf zwischen Ausgang und invertierendem Eingang sowie den massebezogenen Widerstand Rg vom invertierenden Eingang zur Signalreferenz ein; das Werkzeug liefert Av gleich eins plus Rf über Rg, das Zwischenverhältnis, die Verstärkung in Dezibel und die schrittweise Substitution, die Sie in Laborberichte oder Hausaufgaben einfügen können. Nichtinvertierende Stufen behalten die Signalpolarität bei, bieten am nichtinvertierenden Pin eine hohe Eingangsimpedanz und erscheinen in Sensorpuffern, Audio-Vorverstärkern und ADC-Treibern, sobald Sie eine Verstärkung größer oder gleich eins ohne Invertierung benötigen.

In der klassischen nichtinvertierenden Konfiguration treibt ein idealer Operationsverstärker seinen Ausgang so, dass die differentielle Eingangsspannung unter negativer Rückkopplung null ist. Das Eingangssignal liegt am nichtinvertierenden Pin, während ein resistiver Teiler vom Ausgang nach Masse (oder Signalmasse) einen Bruchteil des Ausgangs an den invertierenden Pin zurückführt. Dieser Teiler ist Rf in Reihe mit Rg: Rf sitzt zwischen Ausgang und invertierendem Eingang, Rg zwischen invertierendem Eingang und Masse.

Die Analyse des virtuellen Massepunkts zeigt dann, dass die Spannung am invertierenden Knoten der Eingangsspannung entspricht, sodass Vin gleich Vout mal Rg über Rf plus Rg ist. Löst man das Verhältnis Vout über Vin, erhält man die geschlossene Spannungsverstärkung Av gleich eins plus Rf über Rg. Einheitsverstärkung entsteht, wenn Rf null oder kurzgeschlossen ist — der bekannte Spannungsfolger — während große Verhältnisse Rf über Rg hohe Verstärkung erzeugen, die in der Praxis durch die offene Bandbreite und die Stabilität begrenzt wird, nicht durch diese Idealformel.

Lehrkräfte und automatische Bewerter achten ebenso auf die Ablehnung von Rg gleich null wie auf die Algebra: Ein Student, der Rg auf null setzt, hat den Gültigkeitsbereich eines passiven Rückkopplungsteilers verlassen, und ein stilles Infinity würde diesen Fehler verbergen. Fast-null-Gleitkommawerte bei oder unter eins mal zehn hoch minus fünfzehn werden wie null behandelt und ebenso abgelehnt, damit Rauschen keinen riesigen Verhältnisterm erfindet.

Halten Sie beide Widerstände in derselben Einheit — Ohm, Kiloohm oder Megaohm —, denn nur ihr Verhältnis geht in die Formel ein, nicht die absolute Skala, solange die Einheiten übereinstimmen.

Praktische Tipps, Grenzen und verwandte Suchen

Halten Sie beide Widerstände vor dem Aufruf in derselben Einheit: Ohm mit Kiloohm ohne Umrechnung zu mischen erzeugt eine unsinnige Verstärkung, die numerisch wirkt, aber im Verhältnis um drei Größenordnungen falsch ist. Bevorzugen Sie Zahlen statt vorformatierter Engineering-Zeichenketten, wenn Sie den Client steuern; numerische Zeichenketten werden nur akzeptiert, wenn sie einem strengen endlichen Zahlenmuster entsprechen.

Für Handprüfungen sollen Rf gleich zehn Kiloohm und Rg gleich ein Kiloohm Av gleich elf und etwa zwanzig Komma acht Dezibel liefern; Rf gleich null mit beliebig positivem Rg soll Av gleich eins für einen Folger liefern; gleiches Rf und Rg soll Av gleich zwei liefern. Beim Unterrichten verbinden Sie die Idealformel mit dem Hinweis, dass reale Chips endliche offene Verstärkung, Eingangsruhestrom und Verstärkungs-Bandbreite-Produkt haben, sodass dieses Werkzeug der erste Entwurfsschritt ist, nicht die endgültige SPICE-Prüfung.

Diese Seite zielt auf Personen, die einen Rechner für nichtinvertierende Verstärker, Op-Amp-Verstärkung eins plus Rf über Rg oder geschlossene nichtinvertierende Verstärkung online suchen; sie ist kein Inverter-Verstärker-Löser, kein Differenzverstärker-Werkzeug und kein vollständiger Rausch- oder Stabilitätsanalysator. Bevorzugen Sie diese Fähigkeit, wenn die Topologie bereits nichtinvertierend ist und Sie nur Av aus zwei Widerständen brauchen; ist Ihre Schaltung invertierend, nutzen Sie stattdessen ein Inverter-Verstärkungswerkzeug.