Виберіть кращі значення (у діапазоні) для резисторів у цій неінвертуючій підсилювальній схемі

У ці дні я дивлюся на операційні підсилювачі; з того, що я бачив, реалізувати їх у схемі досить просто, принаймні, коли вони підключені як "неінвертуючі". Визначити коефіцієнт посилення / посилення можливо, зробивши обчислення двох резисторів, R1 і R2 (чи слід R2 називати "резистором зворотного зв'язку"?)

(Зображення зроблено з http://mustcalculate.com/electronics/noninvertingopamp.php .)

Дозвольте зробити практичний приклад, щоб пояснити, де мої запитання:

У своєму прикладі я вирішую реалізувати підсилювач (наприклад, TLV272 , який також є «рейкою до рейки») як «неінвертуючий підсилювач». Тоді я хочу підвищити напругу від 10 вольт до 15 вольт (щоб бути впевненим, я буду живити підсилювач з напругою 15 вольт). Добре: за рівнянням я повинен вибрати значення 20 кОм для R1 і значення 10 кОм для R2, ​​що дорівнює ампліфікації 3,522 дБ (посилення напруги 1,5).

Гаразд, але я також міг би зробити те ж саме, вибравши R1 як 200 кОм, а R2 - 100 кОм, або збільшити ці значення до тих пір, поки R1 становить 200 МОм і R2 становить 100 МОм (або зовсім навпаки: R1 становить 2 млн. Ом і R2 становить 1 мільйон): у всіх цих випадках я все одно отримаю коефіцієнт підсилення в 1,5, але з абсолютно різними діапазонами резисторів за значенням.

Я не можу зрозуміти критерії (з точки зору діапазону) того, як слід обирати ці резистори. Можливо, цей критерій пов'язаний з типом сигналу, яким підсилювач повинен буде маніпулювати на його вході? Або що ще? І на практичному прикладі, яка буде різниця, якщо я збільшу сигнал, використовуючи "R1 = 2 кОм R2 = 1 кОм" і "R1 = 200 МОм R2 = 100 МОм"?

EDIT: Я бачив, що моє запитання було відредаговано, також для виправлення моєї граматики: дякую. Вибачте за мої неправильні написання, але англійська мова не є моєю основною мовою. Наступного разу я спробую бути більш точним у своїй граматиці.

Як ви зрозуміли, посилення - це лише функція співвідношення двох резисторів. Тому на перший погляд 2 кОм / 1 кОм і 2 МОм / 1 МОм рівнозначні. Вони, в ідеалі, з точки зору вигоди, але є й інші міркування.

Найбільше очевидне враження - це струм, який два резистори черпають з виходу. При 15 В вихід комбінація 2kΩ / 1kΩ представляє навантаження 3 кОм і буде тягнути (15 В) / (3 кОм) = 5 мА. Комбінація 2MΩ / 1MΩ також буде лише 5 мкА.

Що це має значення? По-перше, ви повинні врахувати, чи може підсилювач навіть джерело 5 мА на додаток до будь-якого навантаження, яке ви хочете. Можливо, 5 мА - це не проблема, але явно десь є межа. Чи може джерело 50 мА? Може, але, мабуть, ні. Ви не можете просто зробити R1 і R2 нижчими, навіть зберігаючи співвідношення однаковим, і схема продовжить роботу.

Навіть якщо opamp може подати струм для вибраного вами значення R1 + R2, ви повинні врахувати, чи хочете ви витратити цей струм. Це може бути справжньою проблемою у пристрої, що працює на акумуляторі. Постійне зливання 5 мА може бути набагато більше, ніж потребує решта ланцюга, і головна причина короткого часу роботи акумулятора.

Існують і інші межі при великих опорах. Вузли високого опору в цілому більш чутливі до підбору шуму, а резистори високої вартості мають більш властивий шум.

Жоден оппам не є ідеальним, а його вхідний опір не дорівнює нулю. Дільник R1 і R2 утворює джерело напруги імпедансу R1 // R2, керуючи інвертуючим входом операційного підсилювача. При 2MΩ / 1MΩ ця паралельна комбінація становить 667 кОм. Це повинно бути невеликим порівняно з вхідним опором операційної системи, інакше буде значна помилка зсуву. Ток зміщення вхідного сигналу також повинен враховуватися. Наприклад, якщо вхідний струм зміщення становить 1 мкА, то напруга зміщення, викликане джерелом 667 кОм, що веде на вхід, становить 667 мВ. Це велика помилка навряд чи прийнятна.

Ще одна проблема з високим опором - мала пропускна здатність. Завжди буде якась паразитна ємність. Скажімо, наприклад, що мережа, підключена до двох резисторів та інвертуючий вхід, має 10 пФ ємність до землі. При його керуванні 667 кОм у вас є фільтр низьких частот лише у 24 кГц. Це може бути прийнятним для аудіо-програми, але серйозна проблема у багатьох інших програмах. Можливо, ви отримаєте набагато менший приріст на високих частотах, ніж ви очікуєте від продукту посилення пропускної здатності підсилювача та посилення зворотного зв'язку.

Як і все, що стосується техніки, це компроміс. Ви маєте два ступені свободи у виборі двох резисторів. Виграш ви хочете, щоб нігті були лише на один градус. Ви повинні торгуватись поточними вимогами та вихідним опором, щоб вирішити друге.

Як було сказано вище, резистори зворотного зв’язку низького значення мають відносно високий струм, який повинен підсилювати підсилювач. У інвертуючий підсилювач Rin встановлює вхідний опір, тому найкраще не мати занадто низьке значення, оскільки джерело сигналу повинно керувати цим.

На іншому кінці шкали дуже великі резистори не тільки генерують шум (тепловий або Джонсоновий шум), але завдяки природній ємності * деталі вони утворюють фільтр у циклі зворотного зв'язку, що в гіршому випадку може підірвати стабільність циклу. підсилювача. За винятком того, що зміна реакції змінного струму вашої схеми цікавими та витягуючими способами цей ефект погіршується при менших коефіцієнтах посилення, а при посиленні нижче 4 (як правило, залежить від конкретного підсилювача) може кусати досить болісно. Дійсно, є численні підсилювачі, розроблені спеціально для мінімального посилення і нестабільні нижче цього посилення (до переваг можна віднести кращі перехідні характеристики).

Як правило, я обмежую резистори зворотного зв'язку не більше ~ 220 к для інвертування або неінвертування конфігурацій. Якщо це не дає достатнього прибутку, використовуйте додатковий етап посилення.

Можна зробити прийоми (добре відома мережа резисторів у контурі зворотного зв'язку), щоб підвищити коефіцієнт підсилення на одній ступені, але підсилювачі дешеві і займають незначний простір.

При інвертуванні топологій вибір резистора зворотного зв'язку в першу чергу визначається вимогами джерела сигналу, який встановлює розмір вхідного резистора (як правило, мінімальний).

• Це стає зрозумілим, коли визначається ємність як існуюча між будь-якими двома точками різного електричного потенціалу

HTH

Щоб дати дійсно коротку відповідь: щось, що знаходиться в межах десятків kΩ s, ймовірно, буде добре (для більшості моделей OP-підсилювачів і для більшості застосувань). Спробуйте 40 кОм для R ₁ і 20 кОм для R ₂ .

Це, звичайно, не ідеально за будь-яких обставин, але, як правило, це має спрацювати з розумним компромісом між споживанням енергії та рівнем шуму. Олін Лантроп та Пітер Сміт детально пояснили, які недоліки ви отримуєте із занадто високими або занадто низькими значеннями опору.