Choisir des valeurs de résistance pour inverser l'amplificateur et pourquoi?

Le gain ici est A = -R _f / Rin. Cependant, disons que je veux un gain de 10 V / V. Quelle valeur de résistance choisiriez-vous et pourquoi?

Je sais que vous pourriez avoir un nombre infini de combinaisons pour ces résistances, mais pourquoi quelqu'un utiliserait-il une valeur spécifique. soit R _f = 100Mohm, R _in = 10Mohm donne un gain de 10V / V mais aussi R _f = 10 ohm et R _in = 1 ohm donne le gain de 10V / V. Quelle différence cela ferait-il dans la conception?

Mes pensées disent que les résistances de valeur supérieure ne sont pas précises, donc cela ne vous donnerait pas de gain précis et que l'utilisation de résistances de valeur inférieure absorbe un courant plus élevé de la source (V _in ). Y a-t-il d'autres raisons? Aussi, faites-moi savoir si j'ai tort ou raison.

Il y a des inconvénients à choisir de très grandes résistances et de très petites résistances. Ceux-ci traitent généralement du comportement non idéal des composants (à savoir les amplificateurs opérationnels) ou d'autres exigences de conception telles que la puissance et la chaleur.

Les petites résistances signifient que vous avez besoin d'un courant beaucoup plus élevé pour fournir les chutes de tension appropriées au fonctionnement de l'ampli opérationnel. La plupart des amplis opérationnels sont capables de fournir 10 mA (voir la fiche technique de l'ampli opérationnel pour les détails exacts). Même si l'ampli op peut fournir de nombreux amplis, il y aura beaucoup de chaleur générée dans les résistances, ce qui peut être problématique.

D'un autre côté, les grandes résistances se heurtent à deux problèmes concernant le comportement non idéal des bornes d'entrée de l'amplificateur opérationnel. A savoir, l'hypothèse est faite qu'un ampli-op idéal a une impédance d'entrée infinie. La physique n'aime pas les infinis et, en réalité, un courant fini circule dans les bornes d'entrée. Il peut être un peu grand (quelques micro-amplis) ou petit (quelques picoamps), mais ce n'est pas 0. C'est ce qu'on appelle le courant de polarisation d'entrée des amplificateurs opérationnels .

Le problème est aggravé car il y a deux bornes d'entrée et rien ne les oblige à avoir exactement le même courant de polarisation d'entrée. La différence est connue sous le nom de courant de décalage d'entrée , ce qui est généralement assez faible par rapport au courant de polarisation d'entrée. Cependant, cela deviendra problématique avec une très grande résistance d'une manière plus gênante que les courants de polarisation d'entrée (expliqués ci-dessous).

Voici un circuit redessiné pour inclure ces deux effets. L'ampli op ici est supposé être "idéal" (il y a d'autres comportements non idéaux que j'ignore ici), et ces comportements non idéaux ont été modélisés avec des sources idéales.

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Notez qu'il existe une résistance supplémentaire R2. Dans votre cas, R2 est très petit (proche de zéro), donc une petite résistance multipliée par un petit courant de polarisation I2 est une très petite tension aux bornes de R2.

Cependant, notez que si R1 et R3 sont très grands, le courant circulant dans l'entrée inverseuse est très petit, dans le même ordre que (ou pire, plus petit que) I1. Cela détruira le gain que votre circuit fournira (je laisserai la dérivation mathématique comme exercice au lecteur: D)

Tout n'est pas perdu simplement parce qu'il y a un courant de polarisation important! Regardez ce qui se passe si vous faites R2 égal à R1 || R3 (combinaison parallèle): si I1 et I2 sont très proches l'un de l'autre (faible courant de décalage d'entrée), vous pouvez annuler l'effet du courant de polarisation d'entrée! Cependant, cela ne résout pas le problème avec le courant de décalage d'entrée, et il y a encore plus de problèmes avec la façon de gérer la dérive.

Il n'y a pas vraiment de bon moyen de contrer le courant de décalage d'entrée. Vous pouvez mesurer des pièces individuelles, mais les pièces dérivent avec le temps. Il vaut probablement mieux utiliser une meilleure partie pour commencer, et / ou des résistances plus petites.

En résumé: choisissez des valeurs dans la plage intermédiaire. Ce que cela signifie est quelque peu vague, vous devrez en fait commencer à sélectionner des pièces, à regarder des fiches techniques et à décider ce qui est "assez bon" pour vous. 10 de kohms pourrait être un bon point de départ, mais ce n'est en aucun cas universel. Et il n'y aura probablement pas 1 valeur idéale à choisir habituellement. Il est plus que probable qu'il y aura une gamme de valeurs qui fourniront toutes des résultats acceptables. Ensuite, vous devrez décider quelles valeurs utiliser en fonction d'autres paramètres (par exemple, si vous utilisez déjà une autre valeur, cela pourrait être un bon choix afin que vous puissiez commander en gros et le rendre moins cher).

Dans votre circuit d'ampli-op spécifique, la tension sur la jonction de Rf et Rin est la même que la tension sur l'entrée non inverseuse. Cela doit être ainsi - cela s'appelle une terre virtuelle. Compte tenu de ce fait, cela signifie que votre signal (Vin) voit une impédance d'entrée exactement de Rin. Cela signifie également que votre sortie (sans connexion à quoi que ce soit d'autre) doit entraîner une charge de sortie qui est Rf.

Ces deux faits dictent généralement que Rf et Rin ne sont pas très petits, c'est-à-dire qu'ils sont de 50 ohms ou plus.

L'amplificateur opérationnel a d'autres choses à ce sujet, ce qui signifie que vous devez éviter les valeurs de résistance haut de gamme. Ceux-ci sont: -

• Capacité parasite de la sortie à l'entrée inverseuse (en effet en parallèle avec Rf). Si Rf est trop grand, la réponse en fréquence du circuit est limitée à l'extrémité supérieure du spectre.
• La capacité d'entrée peut provoquer des instabilités si Rin est trop grand
• Bruit de résistance avec la température - c'est un phénomène bien connu et signifie que pour les exigences de circuit à faible bruit, Rf et Rin ne doivent pas être trop grands.
• Les courants de fuite dans et hors des entrées provoquent des erreurs CC si les résistances sont trop grandes.

Je pense que ça suffit pour l'instant!

• L'une des différences importantes est l'impédance d'entrée que V (IN) voit, ce qui équivaut à R (IN).
• Une autre différence importante est qu'avec les résistances à haute impédance, vous captez plus facilement le bruit et le courant de polarisation d'entrée de l'OPAMP aura un effet plus important sur le décalage de la tension de sortie.
• N'oubliez pas non plus que la sortie doit pouvoir piloter la résistance R (F).

Tout d'abord, votre diagramme est un amplificateur inverseur, pas un non inverseur comme dans le titre de votre question.

Il existe des résistances communes qui font de bons rapports de gain et mieux encore, des résistances de précision communes avec un coefficient de température faible et de bons rapports de résistance. J'aime utiliser les pièces de précision si possible. (Il en va de même pour les bouchons des amplificateurs opérationnels comme pour les intégrateurs - précision et stabilité de la température du polystyrène). Comme 10K / 1K ou 33K / 3,3K. Au-delà de 100K / 10K, la résistance devient suffisamment élevée pour que la petite capacité du circuit commence à transformer votre circuit en intégrateur ou différenciateur (ou filtre passe-bas).

Des valeurs Rin très faibles chargent l'entrée et des valeurs Rf élevées augmentent l'impédance de sortie. Ces problèmes sont facilement surmontables. La plupart des packages d'amplificateurs opérationnels ont plusieurs OA. Utilisez-en un comme suiveur de tension et comme entrée de votre OA qui a un gain. Votre circuit total présente une impédance d'entrée très élevée et votre OA avec gain voit une très faible impédance sur son entrée et vous pouvez utiliser des valeurs faibles ou Rin. Vous pouvez également utiliser un suiveur OA sur la sortie pour avoir un courant d'attaque élevé et une sortie à faible impédance. Vous pouvez même facilement configurer la sortie pour qu'elle corresponde à l'impédance du circuit suivant ou d'un câble coaxial, etc. J'aime utiliser des résistances basse température de haute précision ou des pots basse température (ou des pots numériques) pour Rf et un trim pour le gain.

J'ai utilisé 1M / 1K pour un gain de 1000 (2 consécutifs donne 1 million) avec passe-bas pour la sismologie, mais c'est une bande passante de quelques Hz et fonctionne même avec le uA741. Le LM308 nécessite beaucoup moins de garniture. Les bons OA modernes sont excellents en comparaison. Si vous entrez dans la zone 10M à 100M pour Rf, votre bande passante diminuera et le bruit augmentera.

L'affirmation selon laquelle «les résistances de valeur plus élevée ne sont pas précises de sorte qu'elles ne vous donneraient pas de gain précis» n'est généralement pas tout à fait vraie en soi (mais elle est vraie par procuration pour d'autres raisons, comme je l'expliquerai ci-dessous).

Notez, tout d'abord, que la tolérance sur le rapport est supérieure à la tolérance sur les résistances individuelles. C'est bon à garder à l'esprit si vous voulez un gain précis. Cependant, la tolérance de gain n'augmente pas avec les valeurs de résistance nominales, tant que le rapport est constant.

Cependant, de très grandes résistances réduisent la précision pour d'autres raisons. Deux d'entre eux qui ont déjà été mentionnés dans d'autres réponses sont (i) l'effet des courants de polarisation et de décalage; (ii) Bruit de Johnson.

Une autre raison qui n'a pas été mentionnée est que les très grandes résistances commencent à devenir comparables à la résistance de l'environnement (par exemple les PCB), en particulier en présence d'humidité et / ou de salinité. Cela les rend imprécis, car ils sont maintenant vus par le circuit en parallèle avec tout ce qui les entoure.

En bout de ligne, essayez d'éviter les résistances supérieures à 1MOhm si possible, et essayez vraiment d'éviter tout ce qui dépasse 10MOhm. À l'autre extrémité du spectre, environ 1k est généralement la limite inférieure.