Choisissez les meilleures valeurs (en termes de plage) pour les résistances dans ce circuit d'amplificateur opérationnel non inverseur

Ces jours-ci, je regarde les amplificateurs opérationnels; d'après ce que j'ai vu, leur mise en œuvre dans un circuit est assez simple, du moins quand ils sont connectés comme "non inverseurs". La détermination du gain / amplification est possible en faisant un calcul de deux résistances, R1 et R2 (R2 devrait-il être appelé une "résistance de rétroaction"?)

(L'image est tirée de http://mustcalculate.com/electronics/noninvertingopamp.php .)

Permettez-moi de faire un exemple pratique pour expliquer où sont mes questions:

Dans mon exemple, j'ai choisi d'implémenter un ampli-op (par exemple, le TLV272 , qui est aussi "rail à rail") comme "amplificateur non inverseur". Ensuite, je veux augmenter une tension de 10 volts à 15 volts (pour être sûr, je vais alimenter l'ampli-op avec une alimentation de 15 volts). Eh bien: par l'équation, je dois choisir une valeur de 20 kΩ pour R1 et une valeur de 10 kΩ pour R2, ce qui équivaut à une amplification de 3,522 dB (gain de tension 1,5).

OK, mais je pourrais aussi faire la même chose en choisissant R1 à 200 kΩ et R2 à 100 kΩ, ou augmenter ces valeurs jusqu'à R1 de 200 MΩ et R2 de 100 MΩ (ou au contraire: R1 de 2 milliohm et R2 de 1 milliohm): dans tous ces cas, j'aurai toujours un gain de 1,5, mais avec des gammes de résistances totalement différentes, en termes de valeurs.

Je ne comprends pas les critères (en termes de plage) comment ces résistances doivent être choisies. Peut-être que ce critère est lié au type de signal que l'ampli-op devra manipuler sur son entrée? Ou quoi d'autre? Et dans l'exemple pratique, quelle sera la différence si j'augmente un signal en utilisant "R1 = 2 kΩ R2 = 1 kΩ" et "R1 = 200 MΩ R2 = 100 MΩ"?

EDIT: J'ai vu que ma question a été modifiée, aussi pour corriger ma grammaire: merci. Je suis désolé pour mes fautes d'orthographe, mais l'anglais n'est pas ma langue principale. La prochaine fois, je vais essayer d'être plus précis dans ma grammaire.

Comme vous l'avez compris, le gain est uniquement fonction du rapport des deux résistances. Par conséquent, à première vue, 2 kΩ / 1 kΩ et 2 MΩ / 1 MΩ sont équivalents. Ils sont, idéalement, en termes de gain, mais il y a d'autres considérations.

La plus grande considération évidente est le courant que les deux résistances tirent de la sortie. À une sortie de 15 V, la combinaison 2 kΩ / 1 kΩ présente une charge de 3 kΩ et tirera (15 V) / (3 kΩ) = 5 mA. La combinaison 2MΩ / 1MΩ ne tirera également que 5 µA.

Qu'importe? Tout d'abord, vous devez vous demander si l'ampli-op peut même fournir 5 mA en plus de la charge que vous souhaitez qu'il pilote. Peut-être que 5 mA ne posent aucun problème, mais il y a évidemment une limite quelque part. Peut-il fournir 50 mA? Peut-être, mais probablement pas. Vous ne pouvez pas simplement continuer à faire R1 et R2 plus bas, même en gardant leur rapport le même, et laisser le circuit continuer à fonctionner.

Même si l'ampli-op peut fournir le courant pour la valeur R1 + R2 que vous avez choisie, vous devez vous demander si vous voulez dépenser ce courant. Cela peut être un vrai problème dans un appareil fonctionnant sur batterie. Une décharge continue de 5 mA peut être beaucoup plus que le reste du circuit et la principale raison de la courte durée de vie de la batterie.

Il existe également d'autres limites aux résistances élevées. Les nœuds à haute impédance sont en général plus susceptibles de capter du bruit, et la résistance de haute valeur a plus de bruit inhérent.

Aucun ampli-op n'est parfait, et son impédance d'entrée n'est pas nulle. Les diviseurs R1 et R2 forment une source de tension d'impédance R1 // R2 entraînant l'entrée inverseuse de l'ampli op. Avec 2MΩ / 1MΩ, cette combinaison parallèle est de 667 kΩ. Cela doit être petit par rapport à l'impédance d'entrée de l'opamp, sinon il y aura une erreur de décalage importante. Le courant de polarisation d'entrée opamp doit également être pris en compte. Par exemple, si le courant de polarisation d'entrée est de 1 µA, la tension de décalage provoquée par la source de 667 kΩ entraînant l'entrée est de 667 mV. C'est une grosse erreur peu susceptible d'être acceptable.

Un autre problème avec une impédance élevée est la faible bande passante. Il y aura toujours une certaine capacité parasite. Disons par exemple que le réseau connecté aux deux résistances et l'entrée inverseuse a une capacité de 10 pF à la masse. Avec 667 kΩ de pilotage, vous disposez d'un filtre passe-bas à seulement 24 kHz. Cela peut être acceptable pour une application audio, mais un problème sérieux dans de nombreuses autres applications. Vous obtiendrez peut-être beaucoup moins de gain à hautes fréquences que ce que vous attendez du produit gain-bande passante de l'ampli-op et du gain de rétroaction.

Comme pour tout ce qui concerne l'ingénierie, c'est un compromis. Vous avez deux degrés de liberté pour choisir les deux résistances. Le gain que vous voulez ne cloue que d'un degré. Vous devez arbitrer les exigences actuelles et l'impédance de sortie pour décider de la seconde.

Comme mentionné ci-dessus, les résistances de rétroaction de faible valeur ont un courant relativement élevé que l'amplificateur doit piloter. Dans un amplificateur inverseur, Rin définit l'impédance d'entrée, il est donc préférable de ne pas avoir une valeur trop basse car la source du signal doit la piloter.

À l'autre extrémité de l'échelle, les très grandes résistances génèrent non seulement du bruit (bruit thermique ou Johnson), mais en raison de la capacité naturelle * de la pièce, elles forment un filtre dans la boucle de rétroaction, ce qui au pire peut compromettre la stabilité de la boucle de l'amplificateur. Indépendamment de changer la réponse alternative de votre circuit de manière intéressante et épilante, cet effet s'aggrave à des gains plus faibles, et à des gains inférieurs à 4 (généralement, dépend de l'amplificateur spécifique) peut mordre assez douloureusement. En effet, il existe de nombreux amplificateurs conçus spécifiquement pour avoir un gain minimum et sont instables en dessous de ce gain (les avantages incluent de meilleures spécifications transitoires).

En règle générale, je limite les résistances de rétroaction à pas plus de ~ 220 k pour les configurations inverseuses ou non inverseuses. Si cela ne donne pas un gain suffisant, utilisez un étage de gain supplémentaire.

Il existe des astuces (un réseau T de résistances dans la boucle de rétroaction est bien connu) pour augmenter le gain d'un seul étage, mais les amplificateurs sont bon marché et occupent un espace négligeable.

Dans les topologies inversées, le choix de la résistance de rétroaction est principalement déterminé par les exigences de la source de signal qui définit la taille de la résistance d'entrée (généralement minimale).

• Cela devient clair quand on définit la capacité comme existant entre deux points quelconques de potentiel électrique différent

HTH

Pour donner une réponse vraiment courte: quelque chose dans la gamme de dizaines de kΩ sera probablement bon (avec la plupart des modèles d'amplificateurs OP et pour la plupart des applications). Essayez 40 kΩ pour R ₁ et 20 kΩ pour R ₂ .

Bien sûr, ce n'est pas idéal dans toutes les circonstances, mais cela devrait généralement fonctionner correctement avec un compromis raisonnable entre la consommation d'énergie et le niveau de bruit. Olin Lanthrop et Peter Smith ont expliqué en détail les inconvénients que vous obtenez avec des valeurs de résistance trop élevées ou trop faibles.