电子电路模电数电计算器
Inverting Operational Amplifier Resistor Calculator
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反相运算放大器电阻计算器
反相放大器的增益等于 −Rf/Rin，负号表示输出与输入反相。反相端是虚地，输入阻抗就等于 Rin，这个特性使它特别适合电流-电压转换和加法运算。工具根据目标增益算出电阻组合，并检查带宽与失调影响。
使用方法
- 填入目标增益（可填负值表示反相）
- 设定输入电阻 Rin，或让工具按常用值推荐
- 读取 Rf 取值、闭环带宽、输入阻抗与输出摆幅限制
计算公式
| 闭环增益 | Av = − Rf / Rin 负号代表 180° 相位差 |
|---|---|
| 输入阻抗 | Rin_total = Rin 反相端为虚地，输入阻抗就等于 Rin |
| 闭环带宽 | BW = GBW / |Av| GBW 为运放增益带宽积 |
| 输出偏移 | Vos_out = Vos · (1 + Rf/Rin) 输入失调被同样放大 |
计算示例
需要 −10 倍增益，运放 GBW = 10 MHz
- 取 Rin = 1 kΩ，则 Rf = 10 kΩ
- 输入阻抗 1 kΩ，前级必须具备足够驱动能力
- 闭环带宽 = 10 MHz / 10 = 1 MHz
结果：Rin = 1 kΩ、Rf = 10 kΩ，带宽约 1 MHz
目标输出 −4.5 V，V1 = 0.2 V，增益 10，Ra = 10 kΩ，V2 = −5 V
- 七个框依次填 Vout = −4.5、Gain = 10、Ra = 10、V1 = 0.2、V2 = −5、Vp = 5、Vn = −5
- Gain 填正数会被自动取反，实际按 A = −10 参与运算
- R2 = −A × Ra = 10 × 10 = 100 kΩ，R3 = Ra = 10 kΩ
- V1 放大后 = −10 × 0.2 = −2 V，还差的压差 Vout2 = −4.5 − (−2) = −2.5 V
- 分压比 t = −2.5 × 10 / ((10 + 100) × (−5)) = 0.04545
- R4 = 10 × (1 − 0.04545) / 0.04545 = 210 kΩ
结果：Ra 与 R3 取 10 kΩ、R2 取 100 kΩ、R4 取 210 kΩ，输出 −4.5 V
要点与常见误区
- 反相输入阻抗低，直接接高阻信号源会造成分压误差，必要时加一级同相缓冲。
- Rf 过大会引入噪声和漏电流误差，一般控制在 1 MΩ 以内，高增益宜用 T 型网络。
- 单电源供电时反相端需偏置到 Vcc/2，否则负半周被截断。
- Gain 填正数会被自动改成负数（大于 0 时取相反数），填 10 和填 −10 得到同一组电阻，真正进公式的只有它的绝对值
- 期望 Vout 恰好等于 A × V1 时 Vout2 = 0，R4 直接显示 Infinity；V2 填 0 同样除零。填数前先算一遍 A × V1，再让 Vout 与它拉开 0.5 V 以上
常见问题
- 为什么反相放大器的输入阻抗只有 Rin？
- 因为反相端被虚地钳在 0 V，信号源看到的负载就是 Rin 到地。
- 增益能小于 1 吗？
- 可以，Rf < Rin 时就是衰减器，反相衰减器常用于电平匹配。
- 电阻取值大小有讲究吗？
- 有。太小耗电大、加载重；太大会被偏置电流和噪声主导，通常取 1 kΩ～100 kΩ。
- Vp、Vn 这两个电源轨必须填吗，填错会不会把电阻算错
- 不参与电阻计算。它们只被整理后原样回显：两者相等时 Vn 取 −Vp，Vn 大于 Vp 时互换，Vn 大于 0 时归零。R2、R3、R4 只由 Gain、Ra、Vout、V1、V2 决定，上例填 5 / −5 与填 12 / −12 得到的 100 kΩ、210 kΩ 完全一样
- R4 显示 Infinity 是什么原因
- 期望输出和小信号放大量相等了。上例 A × V1 = −2 V，若 Vout 也填 −2，则 Vout2 = 0、分压比 t = 0，R4 = R3(1 − t)/t 变成无穷大；把 Vout 改成 −4.5 就得到 210 kΩ。排查顺序是先算 A × V1，再看 Vout 与它差多少
- 输出 −8 V 但负轨只到 −5 V，页面会报警吗
- 不会。页面不做轨到轨校验，Vn 填 −5 时 Vout 照样能填 −8，算出 R4 = 81.7 kΩ；实物输出到 −5 V 就削顶了，这个阻值只适用于负轨不低于 −8 V 的电路
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