Ters yükseltici için direnç değerleri seçme ve neden?

Buradaki kazanç A = -R _f / Rin'dir. Ancak, 10 V / V değerinde bir kazanç istediğimi varsayalım. Hangi direnç değerini seçersiniz ve neden?

Bu dirençler için sonsuz sayıda kombinasyona sahip olabileceğinizi biliyorum, ancak neden bazıları belirli bir değer kullanıyor? yani R, _f = 100Mohm R _olarak = 10Mohm 10V / V kazancı, aynı zamanda R verir _f = 10 ohm ve R _de = 1 ohm 10 h / h arasında kazanç sağlar. Tasarıma ne fark eder ki?

Düşüncelerim, daha yüksek değerli dirençlerin kesin olmadığını, bu nedenle size kesin kazanç sağlamayacağını ve düşük değerli dirençlerin kullanılmasının kaynaktan (V _in ) daha yüksek akım aldığını söylüyor . Başka sebepler var mı? Ayrıca, doğru ya da hatalıysam bana haber ver.

Çok büyük dirençler ve çok küçük dirençler seçmekle ilgili çöküşler var. Bunlar genellikle bileşenlerin ideal olmayan davranışlarını (yani Op-Amp'ler) veya güç ve ısı gibi diğer tasarım gereksinimlerini ele alır.

Küçük dirençler, Op-amp'in çalışması için uygun voltaj düşüşlerini sağlamak için daha yüksek bir akıma ihtiyacınız olduğu anlamına gelir. Çoğu op amper 10'ar mA sağlayabilir (tam detaylar için Op-amp veri sayfasına bakınız). Op-amp, birçok amper sağlayabilse bile, dirençlerde üretilen ve problemli olabilecek çok fazla ısı olacaktır.

Öte yandan, büyük dirençler, Op-Amp giriş terminallerinin ideal olmayan davranışlarıyla ilgili iki problemle karşılaşmaktadır. Yani, ideal bir op-ampin sonsuz giriş empedansına sahip olduğu varsayımı yapılmıştır. Fizik sonsuzlukları sevmez ve gerçekte giriş terminallerine akan sonlu bir akım vardır. Biraz büyük (birkaç mikro amp) veya küçük (birkaç picoamp) olabilir, ancak 0 değildir. Buna Op-amp giriş önyargı akımı denir .

Sorun, iki giriş terminali olduğundan ve bunları aynı giriş öngerilim akımına sahip olmaya zorlayan hiçbir şey olmadığı için karmaşıklaşıyor. Fark, giriş ofset akımı olarak bilinir ve bu, giriş ön akımı akımına kıyasla tipik olarak oldukça küçüktür. Bununla birlikte, girdi yanlılığı akımlarından daha sinir bozucu bir şekilde çok büyük direnç ile sorunlu hale gelecektir (aşağıda açıklanmıştır).

İşte bu iki etkiyi içerecek şekilde yeniden çizilen bir devre. Buradaki op-amp "ideal" olarak kabul edilir (burada görmezden geldiğim diğer ideal olmayan davranışlar var) ve bu ideal olmayan davranışlar ideal kaynaklarla modellendi.

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Ek bir direnç R2 olduğuna dikkat edin. Sizin durumunuzda, R2 çok küçüktür (sıfıra yaklaşır), bu nedenle küçük direnç akımı I2 küçük bir akım R2 boyunca çok küçük bir voltajdır.

Ancak, eğer R1 ve R3 çok büyükse, ters çevirme girişine akan akımın I1 ile aynı sırada (veya daha kötü, daha küçük) çok küçük olduğuna dikkat edin. Bu, devrenizin sağlayacağı kazancı ortadan kaldıracaktır (matematiksel türevi okuyucuya alıştırma olarak bırakacağım: D)

Hepsi kaybolmadı, çünkü şu anki büyük bir önyargı var! R2'yi R1 || R3'e (paralel kombinasyon) eşit yaparsanız ne olduğuna bakın: eğer I1 ve I2 birbirine çok yakınsa (düşük giriş ofset akımı), giriş ön akımı akımının etkisini ortadan kaldırabilirsiniz! Bununla birlikte, bu durum giriş ofset akımıyla sorunu çözmez ve sürüklenmenin nasıl ele alınacağı konusunda daha da fazla sorun vardır.

Girdi ofset akımına karşı koymanın gerçekten iyi bir yolu yok. Tek tek parçaları ölçebilirsiniz, ancak zamanla sürüklenen parçalar. Muhtemelen başlamak için daha iyi bir parça ve / veya daha küçük dirençler kullanmaktan daha iyisin.

Özetle: orta-ish aralığındaki değerleri seçin. Bunun ne anlama geldiği biraz belirsiz, aslında parça toplamaya, veri sayfalarına bakmaya ve sizin için "yeterince iyi" olduğuna karar vermeye başlamanız gerekecek. 10'lu kohms iyi bir başlangıç ​​olabilir, ama bu hiçbir şekilde evrensel değil. Ve genellikle seçmek için 1 ideal değer olmayacak. Büyük olasılıkla, tümü kabul edilebilir sonuçlar sağlayacak bir dizi değer olacaktır. Daha sonra, diğer parametrelerden yola çıkarak hangi değerleri kullanacağınıza karar vermelisiniz (örneğin, zaten başka bir değer kullanıyorsanız, bu, toplu olarak sipariş edip daha ucuz hale getirmek için iyi bir seçim olabilir).

Özel op-amp devrenizde, Rf ve Rin birleşimindeki voltaj, ters çevirme girişindeki voltaj ile aynıdır. Öyle olmalı - buna sanal dünya denir. Bu gerçeği göz önüne alındığında, sinyalinizin (Vin) tam olarak Rin'in giriş empedansını gördüğü anlamına gelir. Ayrıca, çıktınızın (başka bir şeye bağlanmadan) Rf olan bir çıkış yükü sürmesi gerektiği anlamına gelir.

Bu iki gerçek, genellikle Rf ve Rin'in çok küçük olmadığını, yani 50 ohm veya daha yukarı olduğunu belirtir.

Op-amp, bu konuda diğer şeylere sahiptir, bu da yüksek son direnç değerlerinden kaçınmanız gerektiği anlamına gelir. Bunlar: -

• Çıkıştan ters çevirme girişine parazitik kapasitans (Rf ile paralel olarak geçerlidir). Rf çok büyükse, devrenin frekans tepkisi spektrumun üst ucunda sınırlıdır.
• Girin kapasitansı, Rin çok büyükse bazı dengesizliklere neden olabilir
• Sıcaklığa karşı direnç gürültüsü - bu iyi bilinen bir fenomendir ve düşük gürültü devresi gereksinimleri için Rf ve Rin çok büyük olmamalıdır.
• Girişlerin içindeki ve dışındaki kaçak akımlar, dirençler çok büyükse DC hatalarına neden olur.

Bence bu kadar yeter!

• Önemli farklılıklardan biri, V (IN) 'in gördüğü, R (IN)' e eşit olan giriş empedansıdır.
• Bir başka önemli fark, yüksek empedanslı dirençlerle, gürültüyü daha kolay toplamanız ve OPAMP'ın giriş öngerilim akımının çıkış gerilimi kayması üzerinde daha büyük bir etkiye sahip olmasıdır.
• Ayrıca, çıkışın R (F) rezistörünü sürdürebilmesi gerektiğini de unutmayın.

İlk olarak, şemanız, ters çeviren bir amplifikatördür, sorunuzun başlığında olduğu gibi ters olmayan bir amplifikatördür.

Düşük sıcaklık katsayısına ve iyi direnç oranlarına sahip ortak hassas dirençler ve kazanç için daha iyi oranlar ve daha da iyi olan bazı genel dirençler vardır. Mümkünse hassas parçaları kullanmayı seviyorum. (Aynısı, entegratörlerde olduğu gibi op-amp'teki kapaklar için de geçerlidir - polistiren hassasiyeti ve sıcaklıkta kararlı). 10K / 1K veya 33K / 3.3K gibi. 100K / 10K'nın ötesinde Direnç, devredeki küçük kapasitansın devrenizi bir entegratöre veya farklılaştırıcıya (veya düşük geçiş filtresi) dönüştürmeye başlaması için yeterince yüksek olur.

Çok düşük Rin değerleri girişi yükler ve yüksek Rf değerleri çıkış empedansını arttırır. Bu sorunların üstesinden kolayca gelinebilir. Op-amp paketlerinin çoğu birden fazla OA'ya sahiptir. Bir voltaj izleyici olarak ve OA'nızın kazandığı girdi olarak kullanın. Toplam devreniz çok yüksek bir giriş empedansı sunar ve kazancınızla birlikte OA'nız girişinde çok düşük bir empedans görür ve düşük değerler veya Rin kullanabilirsiniz. Yüksek sürücü akımına ve düşük empedans çıkışına sahip olmak için çıkışta bir OA takipçisi de kullanabilirsiniz. Çıkışı bir sonraki devrenin empedansına veya bir koaksiyel kabloya, vb. Uyacak şekilde kolayca yapılandırabilirsiniz. Rf için yüksek hassasiyetli düşük tempko dirençler veya düşük tempolu tencere (veya dijital tencere) kullanmayı ve kazanç için trim'i kullanmayı seviyorum.

Ben sismoloji için düşük geçişli 1000 (1 sıradaki 1 milyon verir) kazanımı için 1M / 1K kullandım, ancak bu birkaç Hz bant genişliği ve düşük uA741 ile bile çalışıyor. LM308 daha az trim gerektirir. İyi modern OA'lar karşılaştırmalı olarak harika. Rf için 10 ila 100M alanına girerseniz, bant genişliğiniz düşer ve gürültü artar.

"Daha yüksek değerli dirençlerin kesin olmadığı, bu nedenle size kesin bir kazanç sağlamayacağı" iddiası genellikle kendi içinde doğru değildir (ancak aşağıda tartışacağım gibi diğer nedenlerle vekaleten doğrudur).

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

Öncelikle, orandaki toleransın bireysel dirençlerdeki toleranstan daha yüksek olduğuna dikkat edin . Kesin bir kazanç istiyorsanız bu akılda tutulması iyidir. Bununla birlikte, kazanç toleransı yok değil sürece oranı sabit olarak, nominal direnç değerleri ile artmaktadır.

---

Ancak, çok büyük dirençler diğer nedenlerden dolayı hassasiyeti azaltır. Diğer cevaplarda daha önce bahsedilen iki (i) yanlılığın ve dengelenmiş akımların etkisi; (ii) Johnson gürültüsü.

Bahsedilmemiş bir başka neden, çok büyük dirençlerin, özellikle nem ve / veya tuzluluk varlığında, çevrenin (örneğin PCB) direnci ile karşılaştırılabilir hale gelmeye başlamasıdır. Bu , onları kesinleştirmez, çünkü şimdi devrede onları çevreleyenlere paralel olarak görülürler.

Alt satırda, mümkünse 1MOhm'dan daha büyük dirençlerden kaçınmaya çalışın ve gerçekten 10MOhm'un üzerindeki herhangi bir şeyden kaçınmaya çalışın. Spektrumun diğer ucunda, yaklaşık 1k genellikle alt sınırdır.