題:
選擇反相放大器的電阻值,為什麼?
dr3patel
2014-03-11 12:21:39 UTC
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inverting

這裡的增益為A = -R f sub> / Rin。但是,可以說我想要10 V / V的增益。您會選擇哪個電阻值,為什麼?

我知道您可以為這些電阻設置無數種組合,但是為什麼有人會使用特定的值。即R f sub> = 100Mohm,R in sub> = 10Mohm可獲得10V / V的增益,但R f sub> = 10 ohm和R in sub> = 1 ohm可獲得10V / V的增益。

我的想法是說,較高阻值的電阻並不精確,因此不會給您帶來精確的增益,而使用較低阻值的電阻會從源極吸收更高的電流(V 在 sub>中)。還有其他原因嗎?另外,請讓我知道我是對還是錯。

五 答案:
helloworld922
2014-03-11 13:03:20 UTC
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選擇非常大的電阻器和非常小的電阻器會導致失敗。這些通常處理組件(即運算放大器)的非理想行為,或其他設計要求,例如功率和熱量。

小電阻器意味著您需要更高的電流才能提供合適的電壓運放正常工作。大多數運算放大器能夠提供10毫安的電流(有關詳細信息,請參閱運算放大器數據表)。即使運算放大器可以提供許多安培,電阻器中也會產生大量熱量,這可能是有問題的。

另一方面,大電阻器會遇到兩個問題,即不理想的情況運算放大器輸入端子的行為。即,假設理想的運算放大器具有無限的輸入阻抗。物理不喜歡無限,實際上,有限的電流流入輸入端子。它可以是大的(幾微安)或小的(幾皮安),但不為0。這被稱為運放輸入偏置電流

由於存在兩個輸入端子,因此沒有問題會迫使它們具有完全相同的輸入偏置電流。這種差異稱為輸入失調電流,與輸入偏置電流相比,這通常很小。但是,以很大的電阻會比輸入偏置電流(下面解釋)更煩人,這將成為問題。

在這裡重新繪製了包含這兩種效果的電路。此處的運算放大器假定為“理想的”(我在這裡忽略了其他一些非理想的行為),並且這些非理想的行為已通過理想的來源進行了建模。

schematic

模擬該電路 –使用 CircuitLab sup>

創建的原理圖請注意,還有一個附加電阻R2在您的情況下,R2非常小(接近零),因此,小電阻乘以小的偏置電流I2就意味著R2兩端的電壓很小。

但是,請注意,如果R1和R3非常大,則流入反相輸入的電流非常小,其階數與I1相同(或更小)。這將失去電路所能提供的增益(我將數學推導作為練習留給讀者:D)

所有這些都不會丟失,只是因為偏置電流很大!看看如果使R2等於R1 || R3(並聯組合)會發生什麼:如果I1和I2彼此非常靠近(低輸入失調電流),則可以消除輸入偏置電流的影響!但是,這並不能解決輸入失調電流的問題,而如何處理漂移問題甚至更多。

實際上沒有一種很好的方法來抵消輸入失調電流。您可以測量單個零件,但是零件會隨時間漂移。最好是使用一個更好的零件作為開始,和/或使用較小的電阻器。

總而言之:選擇中等水平的值。這意味著有些模糊,您實際上需要開始挑選零件,查看數據表並確定對您而言“足夠好”的東西。 10千歐可能是一個很好的起點,但這絕不是普遍的。通常不會選擇1個理想值。很有可能會有一系列值可以提供可接受的結果。然後,您必鬚根據其他參數來決定要使用哪些值(例如,如果您已經在使用其他值,那可能是個不錯的選擇,因此您可以批量訂購併使其更便宜)。

順便說一下,[有關R2 = R1 ||的補償的更多信息R3可以在這裡找到。](http://electronics.stackexchange.com/a/45723/7036)
輸入偏置電流是否不會隨著輸入端子上更大的外部電阻而減小?
可能會,但是幾乎可以肯定的是,非線性與溫度/時間漂移之間的關係不明確,並且除非您平衡了兩側,否則仍然無法解決輸入失調電流問題。
Andy aka
2014-03-11 13:30:09 UTC
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在特定的運算放大器電路中,Rf和Rin的結點電壓與同相輸入端的電壓相同。必須如此-稱為虛擬地球。鑑於這一事實,這意味著您的信號(Vin)的輸入阻抗恰好為Rin。這也意味著您的輸出(不連接任何其他設備)必須驅動一個Rf的輸出負載。

這兩個事實通常表明Rf和Rin不太小,即它們為50歐姆或更高。

運算放大器還有其他問題,這意味著您需要避免高端電阻值。這些是:-

  • 從輸出到反相輸入的寄生電容(實際上與Rf並聯)。如果Rf太大,則電路的頻率響應將限制在頻譜的高端。
  • 如果Rin太大,輸入電容會引起一些不穩定性
  • 電阻溫度噪聲-這是眾所周知的現象和手段,對於低噪聲電路要求,Rf和Rin應該
  • 如果電阻太大,流入和流出輸入的漏電流會導致DC錯誤。

我認為現在足夠了! >

當您指的是“電路在頻譜的高端受到限制”時,就等於說您的帶寬下降了!因為Rf越大,您的1 / Rf * Cpara已向左移動!如果我誤解了你的答案,請糾正我。
那是正確的。
jippie
2014-03-11 12:55:04 UTC
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  • V(IN)看到的輸入阻抗的一個重要差異,等於R(IN)。
  • 另一個重要的差異是,使用高阻抗電阻器,您可以更輕鬆地拾取噪聲和OPAMP的輸入偏置電流將對輸出電壓偏移產生更大的影響。
  • 還請記住,輸出必須能夠驅動R(F)電阻。
C. Towne Springer
2014-03-11 22:44:15 UTC
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首先,您的圖表是一個反相放大器,而不是您所要回答的標題中的同相。

有些常見的電阻器具有很好的增益比,而更好的是常見的精密電阻器具有較低的溫度係數和良好的電阻比。我喜歡盡可能使用精密零件。 (對於運算放大器,如積分器,其電容也是如此-聚苯乙烯精度和溫度穩定)。例如10K / 1K或33K / 3.3K。超過100K / 10K時,電阻變得足夠高,以致於電路中的小電容開始將您的電路變成積分器或微分器(或低通濾波器)。

Rin值非常低,輸入會負載,Rf會很高值會增加輸出阻抗。這些問題很容易克服。大多數運算放大器封裝具有多個OA。使用一個作為電壓跟隨器,並將其用作具有增益的OA的輸入。您的總電路呈現出非常高的輸入阻抗,而具有增益的OA則其輸入呈現出非常低的阻抗,您可以使用低值或Rin。您還可以在輸出上使用OA跟隨器,以實現高驅動電流和低阻抗輸出。您甚至可以輕鬆地配置輸出以匹配下一個電路或同軸電纜等的阻抗。我喜歡使用高精度的低溫度係數電阻器或低溫度係數電位計(或數字電位計)獲得Rf,並調整增益。

我用1M / 1K進行了地震低通,增益為1000(連續2個給出1百萬),但這是幾個Hz的帶寬,即使在uA741較低的情況下也可以使用。 LM308需要更少的修整。相比之下,好的現代OA很棒。如果進入Rf的10M到100M區域,您的帶寬將下降並且噪聲會上升。

MGA
2016-12-01 13:16:45 UTC
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“高值電阻器不精確,因此不會給您帶來精確的增益”的說法通常並不完全正確( )(但由於其他原因,代理人也可以這樣,我會這樣)在下面討論)。

通常,在設計良好的電路中,增益將取決於電阻的“比率”而不是單個值。具有標稱電阻R和容差x的電阻器可以採用以下值: $$ R_ \ text {nominal}(1-x)\ leq R _ {\ text {actual}} \ leq R_ \ text {nominal}(1 + x) $$ 現在,如果我們有兩個互為比率的電阻,則該比率的最小值和最大值由下式給出: $$ \ frac {R_ {1,\ text {nominal}}(1-x)} {R_ {2,\ text {nominal}}(1 + x)} \ leq \ left(\ frac {R_1} {R_2} \右)_ \ text {actual} \ leq \ frac {R_ {1,\ text {nominal}}(1 + x)} {R_ {2,\ text {nominal}}(1-x)} $$

首先請注意,該比率的容差比各個電阻的容差更高。如果您想獲得精確的收益,請牢記這一點。但是,只要比率恆定,增益容限就不會隨標稱電阻值而增加。


但是,由於其他原因,很大的電阻確實會降低精度。在其他答案中已經提到的兩個是:(i)偏置電流和補償電流的影響; (ii)約翰遜噪音。

未提及的另一個原因是,非常大的電阻器開始變得可以與環境(例如PCB)的電阻相比,尤其是在存在濕氣和/或鹽度的情況下。這確實使它們不精確,因為現在它們可以在電路中與周圍的物體並行地看到它們。

最重要的是,如果可能的話,盡量避免大於1MOhm的電阻,而確實盡量避免超過10MOhm的電阻。在頻譜的另一端,通常1k左右是下限值。



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