Вибір значень резистора для інвертуючого підсилювача і чому?

Виграш тут A = -R _f / Rin. Однак скажемо, що я хочу посилити 10 V / V. Яке значення резистора ви вибрали б і чому?

Я знаю, що ви могли мати нескінченну кількість комбінацій для цих резисторів, але чому б хтось використовував конкретне значення. тобто R _f = 100Mohm, R _in = 10Mohm дає коефіцієнт посилення 10V / V, але також R _f = 10 Ом, а R _in = 1 Ом дає посилення 10V / V. Яка різниця мала б дизайн?

Мої думки говорять, що резистори більш високої величини не є точними, тому це не дасть точного посилення, а використовуючи резистори з меншим значенням, потоплять більший струм від джерела (V _в ). Чи є інші причини? Крім того, дайте мені знати, чи я прав, чи не так.

Існують недоліки з вибором дуже великих резисторів і дуже малих резисторів. Зазвичай вони стосуються неідеальної поведінки компонентів (а саме Op-Amps) або інших проектних вимог, таких як потужність і тепло.

Невеликі резистори означають, що вам потрібен набагато більший струм, щоб забезпечити відповідні перепади напруги для роботи ОП. Більшість операційних підсилювачів здатні забезпечити 10 МА (точні деталі див. У описному аркуші Op-amp). Навіть якщо підсилювач може забезпечити багато амперів, в резисторах буде виділятися багато тепла, що може бути проблематично.

З іншого боку, великі резистори стикаються з двома проблемами, що стосуються неідеальної поведінки вхідних клем Op-Amp. А саме, зроблено припущення, що ідеальний підсилювач має нескінченний вхідний опір. Фізика не любить нескінченності, і насправді існує якийсь кінцевий струм, що надходить у вхідні клеми. Це може бути як великий (кілька мікро ампер), так і малий (кілька пікоампер), але це не 0. Це називається вхідним струмом зміщення Op-amps .

Проблема ускладнюється тим, що є два вхідні клеми, і немає нічого, що змушує їх мати абсолютно однаковий вхідний струм зміщення. Різниця відома як вхідний зміщений струм , і це, як правило, досить мало порівняно з вхідним струмом зміщення. Однак це стане проблематичним при дуже великому опорі більш дратівливим способом, ніж вхідні струми зміщення (пояснено нижче).

Ось перероблена схема для включення цих двох ефектів. Операційний підсилювач тут вважається "ідеальним" (є й інші неідеальні форми поведінки, які я тут ігнорую), і ці неідеальні форми поведінки були змодельовані з ідеальних джерел.

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Зауважте, що є додатковий резистор R2. У вашому випадку R2 дуже малий (наближається до нуля), тому малий опір разів малий струм зміщення I2 є дуже малим напругою в R2.

Однак зауважте, що якщо R1 і R3 дуже великі, струм, що надходить на інвертуючий вхід, дуже малий, в тому ж порядку, що і (або гірше, менше) I1. Це скине виграш, який надасть ваша схема (я залишу математичну деривацію як вправу для читача: D)

Все не втрачено лише тому, що є великий струм ухилу, хоча! Подивіться, що станеться, якщо ви зробите R2 рівним R1 || R3 (паралельна комбінація): якщо I1 та I2 дуже близькі один до одного (низький зміщений вхідний струм), ви можете відмовитись від ефекту вхідного струму зміщення! Однак це не вирішує проблему зі зміщеним струмом входу, і є ще більше проблем з тим, як поводитися з дрейфом.

Існує не дуже хороший спосіб протидія вхідному зміщенню струму. Ви можете виміряти окремі частини, але деталі пливуть з часом. Вам, мабуть, краще скористатися кращою частиною для початку та / або меншими резисторами.

Підсумовуючи: виберіть значення середнього рівня. Що це означає дещо розпливчасто, вам потрібно буде насправді почати вибирати деталі, переглядаючи таблиці та вирішуючи, що для вас "досить добре". 10 років комах можуть бути хорошим початковим місцем, але це аж ніяк не універсально. І, мабуть, не буде 1 ідеального значення, яке вибирати зазвичай. Більш ніж ймовірно, буде діапазон значень, який забезпечить прийнятні результати. Тоді вам доведеться визначити, які значення використовувати з урахуванням інших параметрів (наприклад, якщо ви вже використовуєте інше значення, це може бути хорошим вибором, щоб ви могли замовити оптом і здешевити).

У вашій конкретній схемі підсилювача напруга на стику Rf і Rin така ж, як напруга на неінвертуючому вході. Це має бути так - це називається віртуальна земля. Враховуючи цей факт, це означає, що ваш сигнал (Vin) бачить вхідний опір саме Рина. Це також означає, що ваш вихід (без підключення до чого-небудь іншого) повинен керувати вихідним навантаженням, яке є Rf.

Ці два факти зазвичай диктують, що Rf і Rin не дуже малі, тобто вони на 50 Ом і вище.

У підсилювача є й інші речі, що означає, що вам потрібно уникати високих значень резистора. Це: -

• Паразитна ємність від виходу на інвертуючий вхід (фактично паралельно Rf). Якщо Rf занадто великий, частотна характеристика ланцюга обмежена у високому кінці спектра.
• Вхідна ємність може викликати деякі нестабільності, якщо Rin занадто великий
• Шум резистора з температурою - це добре відомі явища та засоби, для низьких вимог до рівня шуму Rf та Rin не повинні бути занадто великими.
• Струми витоку на входах і на виходах викликають помилки постійного струму, якщо резистори занадто великі.

Я думаю, що цього зараз достатньо!

• Однією з важливих відмінностей є вхідний опір, який бачить V (IN), що дорівнює R (IN).
• Ще одна важлива відмінність полягає в тому, що з резисторами з високим опором ви легше піднімаєте шум, а вхідний струм зміщення OPAMP матиме більший вплив на зміщення вихідної напруги.
• Також пам’ятайте, що на виході повинен бути здатний приводити резистор R (F).

По-перше, ваша діаграма - це інвертуючий підсилювач, а не неінвертуючий, як у заголовку вашого питання.

Є деякі загальні резистори, які дозволяють отримати хороші співвідношення для посилення та ще краще, звичайні резистори точності з низьким температурним коефіцієнтом та хорошим співвідношенням опору. Я люблю використовувати деталі точності, якщо це можливо. (Те ж саме стосується кришок в підсилювачах, як для інтеграторів - точність полістиролу та стабільність температури). Як 10K / 1K або 33K / 3.3K. Більше 100 К / 10 К опір стає досить високим, що мала ємність в ланцюзі починає перетворювати вашу схему в інтегратор або диференціатор (або фільтр низьких частот).

Дуже низькі значення Rin завантажують вхідні, а високі Rf збільшують вихідний опір. Ці проблеми легко подолати. Більшість пакетів підсилювачів мають більше одного ОА. Використовуйте його як послідовник напруги і як вхід до вашої ОА, яка має посилення. Ваша загальна схема має дуже високий вхідний опір, і ваш OA з посиленням бачить дуже низький опір на своєму вході, і ви можете використовувати низькі значення або Rin. Ви також можете використовувати послідовник OA на виході, щоб мати високий струм приводу і низький вихід імпедансу. Ви навіть можете легко налаштувати вихід, щоб відповідати імпедансу наступного контуру або коаксіального кабелю і т. Д. Мені подобається використовувати резистори низької темпко низької темпко або низькі темпко-горщики (або цифрові горщики) для Rf і обрізки для отримання.

Я використовував 1M / 1K для посилення 1000 (2 підряд дає 1 мільйон) з низькою прохідністю для сейсмології, але це пропускна здатність в кілька Гц і працює навіть із низьким uA741. LM308 вимагає набагато меншої обробки. Хороші сучасні ОА чудові порівняно. Якщо ви потрапите в зону від 10 до 100 м для Rf, ваша пропускна здатність зменшиться, а шум підніметься.

Затвердження , що «більш високе значення опору не є точними , так що не дасть вам точну прибуток», як правило , не зовсім вірно саме по собі (але вірно за дорученням і з інших причин, як я буду говорити нижче).

$$R_\text{nominal}(1 - x) \leq R_{\text{actual}} \leq R_\text{nominal}(1 + x)$$ $$\frac{R_{1,\text{nominal}}(1-x)}{R_{2,\text{nominal}}(1+x)} \leq \left(\frac{R_1}{R_2}\right)_\text{actual} \leq \frac{R_{1,\text{nominal}}(1+x)}{R_{2,\text{nominal}}(1-x)}$$

Зазначимо, по-перше, що допуск на відношення вище, ніж допуск на окремих резисторах. Це добре мати на увазі, якщо ви хочете точного виграшу. Однак допускний коефіцієнт посилення не збільшується при номінальних значеннях опору, доки відношення є постійним.

---

Однак дуже великі резистори знижують точність через інші причини. Два, про які вже згадувалося в інших відповідях, це: (i) вплив струму зміщення та зміщення струму; (ii) шум Джонсона.

Ще одна причина, про яку не згадувалося, полягає в тому, що дуже великі резистори починають порівнюватися із стійкістю середовища (наприклад, друкованої плати), особливо за наявності вологості та / або солоності. Це робить їх неточними, оскільки вони зараз бачать схему паралельно тому, що їх оточує.

Суть полягає в тому, намагайтеся уникати опорів, більших за 1 МОм, якщо це можливо, і дійсно намагайтеся уникати нічого більше 10 МОм. На іншому кінці спектру приблизно нижня межа становить приблизно 1 к.