什么是运放增益计算器?
运算放大器(运放,op-amp)是一种高增益的电压放大器,其闭环增益几乎完全由两个外接电阻决定:反馈电阻(Rf)和输入电阻(Rin)。本计算器可分别计算反相和同相两种电路结构下的电压增益(Av),并同时换算成分贝(dB)值。它是一款通用的电子工程工具,适用于任何基于理想运放的标准电路,不受国家或地区限制。
使用方法
先选择放大电路的结构(同相或反相),再以欧姆(Ω)为单位填入反馈电阻 Rf 和输入电阻 Rin。计算器会输出以 V/V 表示的电压增益,以及对应的分贝值。对于同相放大器,输出与输入同相(增益为正值);对于反相放大器,增益为负值,表示输出与输入存在 180° 的相位反转。
公式详解
对于同相放大器,增益为 $$A_v = 1 + \frac{\text{R}_f}{\text{R}_{in}}$$。由于公式中带有一个常数项「1」,同相放大器的增益始终不小于 1(即至少为单位增益)。对于反相放大器,增益为 $$A_v = -\frac{\text{R}_f}{\text{R}_{in}}$$,其绝对值可以小于、等于或大于 1。分贝值的计算公式为 \(20 \cdot \log_{10}(|A_v|)\)。
实例演算
假设在同相电路中 Rf = 10,000 Ω、Rin = 1,000 Ω,则 $$A_v = 1 + \frac{10{,}000}{1{,}000} = 1 + 10 = 11 \ \text{V/V}$$ 换算成分贝为 \(20 \cdot \log_{10}(11) \approx 20.83 \ \text{dB}\)。若将同样的两个电阻用于反相电路,则 $$A_v = -\frac{10{,}000}{1{,}000} = -10 \ \text{V/V}$$ 其分贝幅值为 20 dB。
常见问题
为什么反相增益是负值?负号表示输出信号相对于输入信号发生了反转(相位差 180°);真正决定放大倍数的是增益的绝对值。
同相增益能否小于 1?不能。公式中的「+1」保证了最小增益为 1(当 Rf = 0 时,电路即为电压跟随器)。
如果 Rin 为零会怎样?除以零在数学上没有意义,因此必须输入一个有效的非零输入电阻,才能算出合理的增益。