Bu evirmeyen op-amp devresindeki dirençler için daha iyi değerleri (aralık cinsinden) seçin

Bugünlerde işlemsel yükselteçlere bakıyorum; gördüğüm kadarıyla, bunları bir devrede uygulamak, en azından "evirmeyen" olarak bağlandığında oldukça basittir. Kazanç / amplifikasyonu belirlemek, R1 ve R2 olmak üzere iki direncin hesaplanmasıyla mümkündür (R2'ye "geri besleme direnci" denilmeli mi?)

(Görüntü http://mustcalculate.com/electronics/noninvertingopamp.php adresinden alınmıştır .)

Sorularımın nerede olduğunu açıklamak için pratik bir örnek vereyim:

Örneğimde , "ters çevirici amplifikatör" olarak bir op-amp (örneğin, aynı zamanda "raydan raya" olan TLV272) uygulamayı seçiyorum . Sonra 10 voltluk bir voltajı 15 volt'a yükseltmek istiyorum (emin olmak için, op-amp'i 15 voltluk bir güç kaynağı ile besleyeceğim). Peki: denklem ile R1 için 20 kΩ ve R2 için 10 kΩ değeri seçmeliyim ki bu 3.522 dB'lik bir amplifikasyona eşittir (voltaj kazancı 1.5).

Tamam, ama aynı zamanda 200 kΩ olarak R1 ve 100 kΩ olarak R2'yi seçerek de yapabilirim ya da 200 MΩ ve 100 M R2'lik R1'e kadar (ya da tam tersi: 2 miliohm R1 ve 1'in R2'si) Tüm bu durumlarda hala 1.5 kazancım olacak, ancak değerler açısından tamamen farklı direnç aralıkları ile.

Bu dirençlerin nasıl seçilmesi gerektiğine dair kriterleri (aralık cinsinden) anlayamıyorum. Belki bu kriterler, op-amp'in girdisinde manipüle etmesi gereken sinyal türüyle ilgilidir? Ya da başka ne? Ve pratik örnekte, "R1 = 2 kΩ R2 = 1 kΩ" ve "R1 = 200 MΩ R2 = 100 MΩ" kullanarak bir sinyali arttırırsam fark ne olur?

EDIT: Gramerimi düzeltmek için sorumun düzenlendiğini gördüm: teşekkürler. Yazım hataları için özür dilerim, ama İngilizce benim ana dilim değil. Bir dahaki sefere dilbilgimde daha doğru olmaya çalışacağım.

Anladığınız gibi, kazanç sadece iki direncin oranının bir fonksiyonudur . Bu nedenle, ilk bakışta 2 kΩ / 1 kΩ ve 2 MΩ / 1 MΩ eşdeğerdir. İdeal olarak, kazanç açısından, ancak başka hususlar da var.

En büyük bariz husus, iki direncin çıkıştan çektiği akımdır. 15 V çıkışta, 2kΩ / 1kΩ kombinasyonu 3 kΩ yük sunar ve (15 V) / (3 kΩ) = 5 mA çeker. 2MΩ / 1MΩ kombinasyonu aynı şekilde sadece 5 uA çekecektir.

Bunun önemi nedir? İlk olarak, opamp'ın sürmesini istediğiniz yüke ek olarak 5 mA bile kaynak sağlayıp sağlayamayacağını düşünmelisiniz. Belki 5 mA sorun değil, ama belli ki bir yerlerde bir sınır var. 50 mA kaynak yapabilir mi? Belki, ama muhtemelen hayır. R1 ve R2'yi düşürmeye, oranlarını aynı tutmaya bile devam edemezsiniz ve devrenin çalışmaya devam etmesini sağlayamazsınız.

Opamp, seçtiğiniz R1 + R2 değeri için akım sağlayabilirse bile, bu akımı harcamak isteyip istemediğinizi düşünmeniz gerekir. Bu, pille çalışan bir cihazda gerçek bir sorun olabilir. 5 mA sürekli boşaltma, devre ihtiyaçlarının geri kalanından ve kısa pil ömrünün ana nedeninden çok daha fazla olabilir.

Yüksek dirençlerde başka sınırlar da vardır. Yüksek empedans düğümleri genel olarak gürültüyü yakalamaya daha duyarlıdır ve yüksek değerli direnç daha doğal gürültüye sahiptir.

Hiçbir opamp mükemmel değildir ve giriş empedansı sıfır değildir. R1 ve R2 bölücü, opampın evirici girişini tahrik eden bir voltaj empedansı R1 // R2 kaynağı oluşturur. 2MΩ / 1MΩ ile bu paralel kombinasyon 667 kΩ'dur. Opamp'ın giriş empedansına kıyasla bunun küçük olması gerekir, aksi takdirde önemli ofset hatası olacaktır. Opamp giriş önyargı akımı da dikkate alınmalıdır. Örneğin, giriş sapma akımı 1 µA ise, girişi yönlendiren 667 kΩ kaynağının neden olduğu ofset voltajı 667 mV'dir. Bu kabul edilemez bir hata.

Yüksek empedansla ilgili bir diğer sorun düşük bant genişliğidir. Her zaman bazı parazit kapasitanslar olacaktır. Diyelim ki iki rezistöre ve evirici girişine bağlanan ağın toprağa 10 pF kapasitansı vardır. 667 kΩ sürüşü ile sadece 24 kHz'de düşük geçiş filtreniz olur. Bu, bir ses uygulaması için kabul edilebilir, ancak diğer birçok uygulamada ciddi bir sorundur. Yüksek frekanslarda, opamp'ın kazanç bant genişliği ürününden ve geri bildirim kazancından beklediğinizden çok daha az kazanç elde ediyor olabilirsiniz.

Mühendislikteki her şeyde olduğu gibi, bu bir ödünleşmedir. İki direnci seçmek için iki serbestlik dereceniz var. İstediğiniz kazanç sadece bir derece azalır. İkinciye karar vermek için mevcut gereksinimleri ve çıkış empedansını değiştirmelisiniz.

Yukarıda belirtildiği gibi, düşük değerli geri besleme dirençleri, amplifikatörün sürmesi gereken nispeten yüksek akıma sahiptir. Bir ters çevirici amplifikatöründe, Rin giriş empedansını ayarlar, bu yüzden sinyal kaynağının bunu sürmesi gerektiğinden çok düşük bir değere sahip olmamak en iyisidir.

Ölçeğin diğer ucunda, çok büyük dirençler sadece gürültü (termal veya Johnson gürültüsü) üretmekle kalmaz, aynı zamanda parçanın doğal kapasitansı * nedeniyle, geri besleme döngüsünde en kötü döngü kararlılığını zayıflatabilecek bir filtre oluştururlar. amplifikatör. Devrenizin ac tepkisini ilginç ve saç çekme yöntemleriyle değiştirmenin yanı sıra, bu etki daha düşük kazançlarda daha da kötüleşir ve 4'ün altındaki kazançlarda (tipik olarak spesifik amplifikatöre bağlıdır) oldukça acı çekebilir. Gerçekten de, minimum kazanca sahip olmak için özel olarak tasarlanmış ve bu kazancın altında kararsız olan çok sayıda amplifikatör vardır (avantajlar daha iyi geçici spesifikasyonları içerir).

Genel bir kural olarak, ters çevirme veya ters çevirme olmayan konfigürasyonlar için geri besleme dirençlerini en fazla ~ 220k ile sınırlandırıyorum. Bu yeterli kazanç sağlamazsa, ekstra kazanç aşaması kullanın.

Tek bir kademenin kazancını arttırmak için yapılabilecek hileler vardır (geri besleme döngüsündeki bir T direnç ağı iyi bilinir), ancak amplifikatörler ucuzdur ve ihmal edilebilir alan kaplar.

Topolojilerin ters çevrilmesinde, geri besleme direnci seçimi, öncelikle giriş direnci (genellikle minimum) boyutunu ayarlayan sinyal kaynağının gereksinimleri tarafından yönlendirilir.

• Farklı kapasitelerdeki elektrik potansiyelinin herhangi iki noktası arasında kapasitans tanımlandığında bu netleşir

HTH

Gerçekten kısa bir cevap vermek için: onlarca kΩ aralığında bir şey muhtemelen iyi olacaktır (çoğu OP-amp modelinde ve çoğu uygulama için). Deneyin 40 kH R ₁ ve 20 kH R ₂ .

Bu elbette her koşulda ideal değildir, ancak genellikle güç tüketimi ve gürültü seviyesi arasında makul bir dengede kalmalıdır. Olin Lanthrop ve Peter Smith, çok yüksek veya çok düşük direnç değerleri ile elde ettiğiniz dezavantajları ayrıntılı olarak açıkladı.