Sähkö ja elektroniikka

Operaatiovahvistimen vahvistus- ja takaisinkytkentälaskuri

Laske invertoivan tai ei-invertoivan operaatiovahvistimen vahvistus ja lähtöjännite tai etsi vakiovastuspareja tavoitevahvistukselle.

Syötetyt arvot

Vahvistinkytkentä

Laskentatapa

Vin · Tulojännite · V

Vref · Vertailujännite · V

Rg · Vahvistuksen määräävä vastus · kΩ

Rf · Takaisinkytkentävastus · kΩ

Käytä lähtörajoja

Vähimmäisarvo · Vout · V

Enimmäisarvo · Vout · V

Käytä datalehden käyttökelpoisia lähtöjännitteitä, älä syöttöjännitteitä. Rajattu lähtö on arvio.

Ideaalinen tasavirtamalli. Tarkista tulon yhteismuotoalue, kaistanleveys, muutosnopeus ja kuormitettavuus datalehdestä.

Tulokset

Jännitevahvistus: —

Ideaalinen lähtöjännite: —

Rajattu lähtöarvio: —

Takaisinkytkentävastus: —

KaavaG = 1 + Rf / Rg

Aseta operaatiovahvistimen vahvistus ja vertaile takaisinkytkentävastuspareja

Laske kääntävän tai ei-kääntävän vahvistimen ideaali suljetun silmukan vahvistus ja lähtöjännite. Sisällytä vertailujännite, vertaile takaisinkytkentävastusten vakioarvoja ja rajaa halutessasi lähtö itse syöttämilläsi rajoilla. Työkalu mallintaa ideaalia vahvistinta ja staattista lähdön rajoittamista; se ei laske kaistanleveyttä, jännitteen muutosnopeutta, tuloalueen rajoituksia eikä kuormasta riippuvaa lähdön jännitealuetta.

Vaihe vaiheelta

Valitse vahvistimen kytkentärakenne ja laskentatila. Syötä tulojännite ja vertailujännite, sitten Rin tai Rg ja takaisinkytkentäresistanssi Rf. Resistanssikenttien oletusyksikkö on kΩ.
Ota halutessasi lähtörajat käyttöön ja syötä todelliset lähdön ala- ja ylärajat, joita haluat mallintaa. Vertaa ideaalista lähtöä rajoitettuun lähtöön ja tarkista, osoittaako tila leikkautumista.
Kun haluat vertailla vastuspareja, valitse hakutila ja syötä tavoitevahvistuksen itseisarvo, resistanssin mittakaava ja vakioarvosarja. Tarkastele lueteltuja vahvistusvirheitä; valitse pari palataksesi laskentatilaan ja tarkastellaksesi sen lähtöä.

Asetukset ja rajoitukset

Vahvistus ja vertailujännite: Kääntävä vahvistus on G = −Rf / Rin; ei-kääntävä vahvistus on G = 1 + Rf / Rg. Lähtö on Vout = Vref + G × (Vin − Vref). Vertailujännite kytketään kääntävässä piirissä ei-kääntävään tuloon tai ei-kääntävässä piirissä vastuksen Rg alapäähän.
Lähtörajat: Alarajan on oltava ylärajaa pienempi. Malli rajoittaa ideaalisen lähdön näihin syötettyihin arvoihin; se ei johda niitä käyttöjännitteistä. Todellinen lähdön jännitealue riippuu valitusta vahvistimesta ja käyttöolosuhteista, joten käytä sen teknisistä tiedoista saatavia sopivia rajoja.
Vastushaku: Haku käyttää positiivista vahvistuksen itseisarvoa myös kääntävälle vahvistimelle; lueteltu kääntävä vahvistus on negatiivinen. Ei-kääntävän tavoitevahvistuksen on oltava vähintään 1. Rajattu haku luettelee enintään viisi vakioarvoparia ja ilmoittaa suhteellisen vahvistusvirheen; se ei huomioi vastustoleranssia eikä vahvistimen virheitä.

Esimerkkitehtävä

Valitse ei-kääntävä laskenta arvoilla Vin = 0.2 V, Vref = 0 V, Rg = 10 kΩ ja Rf = 90 kΩ. Ota käyttöön lähtörajat 0 V ja 3.3 V. Vahvistus on 10 V/V ja lähtö 2 V.

Odotettu tulos
Vin	G	Vout*	Vout (0–3.3 V)
0.2 V	10 V/V	2 V	2 V
0.4 V	10 V/V	4 V	3.3 V

Kasvata Vin arvoon 0.4 V muuttamatta vastuksia. Ideaalinen lähtö on nyt 4 V, mutta rajoitettu tulos on 3.3 V ja tila osoittaa leikkautumista. Vahvistuslaskelma ei muutu; syötetty lähdön yläraja estää mallinnettua lähtöä seuraamasta ideaalista arvoa.

Kysymykset ja ongelmanratkaisu

Miksi kääntävä tulos on negatiivinen?

Kun vertailujännite on nolla, positiivinen tulo tuottaa negatiivisen ideaalisen lähdön negatiivisen vahvistuksen vuoksi. Yhdellä käyttöjännitteellä toimiva piiri ei välttämättä pysty saavuttamaan tätä arvoa. Aseta sopiva vertailujännite ja realistiset lähtörajat ennen tuloksen tulkitsemista toimintapisteeksi.

Takaako oikea vastussuhde odotetun signaalin?

Suhde määrittää tämän ideaalisen staattisen vahvistuksen. Taajuusvaste, tulon yhteismuotoinen jännitealue, lähdön kuormitus, bias-vaikutukset ja stabiilisuus edellyttävät todellisen vahvistimen teknisiä tietoja. Käytä erillistä kaistanleveyden ja jännitteen muutosnopeuden työkalua tutkiessasi näitä signaalin nopeusrajoja.

Miksi hakutulokset tai lasketut arvot ovat tyhjiä?

Tarkista, että tulovastus on positiivinen, takaisinkytkentävastus epänegatiivinen, yksiköt kelvollisia ja lähtörajat oikeassa järjestyksessä. Haku edellyttää myös kelvollista vahvistuksen itseisarvoa ja resistanssin mittakaavaa. Tulo- ja vertailujännitteet voivat olla etumerkillisiä, mutta virheelliset resistanssi- tai tavoitesyötteet on korjattava.