§ 19

Operational amplifier: gain and output

How much does my operational amplifier coupling amplify, and does it clip?

Answer: The two most common opamp configurations are determined by two resistors. Non-inverting gives 1 + Rf/Rg, inverting gives −Rf/Rg. The calculator shows the gain, it in dB, the output voltage at your input signal, and whether the output is too close to the supply, so the signal clips.

Formula

Ikke-inverterende: A = 1 + Rf / Rg (signalet i fase)

Inverterende: A = −Rf / Rg (signalet vendes; beregneren viser størrelsen)

Forstærkning i dB = 20 · log₁₀(A)

Udgang = indgang × A. Den kan højst nå forsyningen minus opampens headroom. Negativ luft betyder, at signalet klipper.

Symbols and units in the formula
Symbol	Meaning	Unit
type	Connection	—
rf	Feedback resistance Rf	Ω
rg	Resistance to chassis/input Rg	Ω
uind_mv	Input signal (peak value)	mV
uforsyning	Supply (± V eg 12 at ±12 V)	V
headroom	Output distance to supply (datasheet)	V
=	Amplification (times)	gange
=	Amplification in dB	dB
=	Output voltage (peak value)	V
=	Largest output before cutting	V
=	Air for cutting	V

Validity and source

Source: Standard formulae for op-amp circuits · technical annex: calculations on amplifier's AC and DC properties

Does not apply when

Gaelder en ideel opamp ved lave frekvenser. Ved hoje frekvenser begraenser forstaerkning-bandbredde-produktet (GBW) og slew rate udgangen. Headroom star i databladet som udgangssving (output swing); rail-to-rail-typer kommer taet pa 0 V.

Worked example

The calculator's own default values inserted. The figures are calculated with exactly the formula the tool uses.

Substituted

Connection1
Feedback resistance Rf47,000 Ω
Resistance to chassis/input Rg4,700 Ω
Input signal (peak value)100 mV
Supply (± V eg 12 at ±12 V)12 V
Output distance to supply (datasheet)1.50 V

Giver

Amplification (times)11.00 gange
Amplification in dB20.8 dB
Output voltage (peak value)1.10 V
Largest output before cutting10.50 V
Air for cutting9.40 V

Members only

The calculator itself is locked

Create a free user account to unlock all articles, calculators, templates and range — and get access to quizzes and classes. It takes less than a minute: name, email and a password. No payment card.

Create free user →Log in

Want to try something first? See what you can use without an account — the junior zone, the encyclopedia, the videos and more.

Sådan bruger du den

Når du dimensionerer eller fejlsøger en forforstærker, en måleforstærker til en sensor eller et signaltrin i et lydanlæg, er forstærkningen bestemt af to modstande. Beregneren viser forstærkningen, den i dB, udgangsspændingen og hvor meget luft der er, før signalet klipper mod forsyningen.

Step by step

Vælg om koblingen er ikke-inverterende eller inverterende. Se hvor signalet kommer ind i diagrammet.
Indtast Rf (fra udgang til minus-indgang) og Rg (fra minus-indgang til stel eller til signalet).
Indtast indgangssignalets spidsværdi i mV.
Indtast forsyningen og opampens headroom fra databladet.
Er luften til klipning negativ, så sænk forstærkningen eller signalet.

Typical errors

At bruge den inverterende formel på en ikke-inverterende kobling. Forskellen er 1, og ved lav forstærkning betyder det meget.
At glemme, at mange opamps ikke kan gå helt ud til forsyningen. Uden headroom ser kredsen fin ud på papiret og klipper i virkeligheden.
At regne med effektivværdi og sammenligne med spidsværdien af forsyningen. Brug spidsværdien.
At glemme båndbredden. Ved høj forstærkning og høj frekvens rækker opampens GBW ikke.

Examples from everyday life

Forforstærker til en mikrofon

En ikke-inverterende forforstærker har Rf = 47 kΩ og Rg = 4,7 kΩ. Signalet er 100 mV spids, og opampen kører på ±12 V med 1,5 V headroom.

Connection: Non-inverting (1 + Rf/Rg)
Feedback resistance Rf: 47,000 Ω
Resistance to chassis/input Rg: 4,700 Ω
Input signal (peak value): 100 mV
Supply (± V eg 12 at ±12 V): 12 V
Output distance to supply (datasheet): 1.5 V

It means: Kredsen forstærker 11 times, svarende til 20.8 dB. Udgangen bliver 1.1 V, og der er 9.4 V til klipning.

Sensorforstærker der klipper

Et sensorsignal på 50 mV skal forstærkes med Rf = 100 kΩ og Rg = 1 kΩ. Opampen kører på ±5 V med 1,5 V headroom.

Connection: Non-inverting (1 + Rf/Rg)
Feedback resistance Rf: 100,000 Ω
Resistance to chassis/input Rg: 1,000 Ω
Input signal (peak value): 50 mV
Supply (± V eg 12 at ±12 V): 5 V
Output distance to supply (datasheet): 1.5 V

It means: Forstærkningen er 101 times, og udgangen skulle være 5.05 V, men den kan højst nå 3.5 V. Luften er -1.55 V, altså klipper signalet. Sænk Rf, eller vælg en rail-to-rail-opamp på højere forsyning.

Inverterende trin i et lydanlæg

Et inverterende linjetrin har Rf = 22 kΩ og Rg = 10 kΩ. Indgangen er 1 V spids, og forsyningen er ±15 V med 2 V headroom.

Connection: Inverting (−Rf/Rg)
Feedback resistance Rf: 22,000 Ω
Resistance to chassis/input Rg: 10,000 Ω
Input signal (peak value): 1,000 mV
Supply (± V eg 12 at ±12 V): 15 V
Output distance to supply (datasheet): 2 V

It means: Trinnet forstærker 2.2 times (6.8 dB) og vender signalet. Udgangen er 2.2 V med 10.8 V til klipning.

Rule of thumb

Hver gang forstærkningen ganges med 10, kommer der 20 dB til. Dobbelt forstærkning er ca. 6 dB.

How to check the answer

Mål ind- og udgang med et tokanals oscilloskop. Forholdet mellem spidsværdierne skal være forstærkningen.