Invertieren der Operationsverstärkerverstärkung mit hochwertigen Widerständen und mit Oszilloskopmessungen

Konfiguration des invertierenden Operationsverstärkers

Ich habe eine invertierende Operationsverstärkerschaltung wie in der obigen Abbildung gezeigt mit unterschiedlichen Werten für Rf und Rin gebaut.

Als ich Rf = 10 kOhm und Rin = 100 Ohm verwendete, betrug meine gemessene Verstärkung (unter Verwendung des virtuellen Oszilloskops von National Instrument) 98,88, was sehr nahe an der erwarteten Verstärkung von 100 liegt.

Als ich Rf = 1 MOhm und Rin = 10 k verwendete, war meine erwartete Verstärkung 100, aber die gemessene Verstärkung mit dem virtuellen Oszilloskop beträgt nur 89,99. Außerdem wurde bei Verwendung eines echten physikalischen Oszilloskops (AGILENT DSO-X 2012A) meine Verstärkung auf etwa 67,1 eingestellt und schwankte stark.

Ich habe gelesen, dass höhere Widerstandswerte zu einem höheren Rauschen führen, wie ich in den Messungen gesehen hatte, aber warum sind die Messungen mit dem physikalischen Oszilloskop so viel lauter und die Verstärkung so viel niedriger als die des virtuellen Instruments? Und warum führt die Verwendung von Widerständen mit hohem Wert bei gleicher erwarteter (berechneter) Verstärkung zu niedrigeren Verstärkungen im Vergleich zur Verwendung von Widerständen mit niedrigen Werten? Ist es richtig zu glauben, dass mehr Rauschen die erzeugte Verstärkung nicht beeinflussen sollte, sondern lediglich die Messwerte schwanken lässt?

Welchen Operationsverstärker verwenden Sie und welchen Frequenzeingang? Und welches Netzteil?
Hier scheint es ein Problem mit dem Laden zu geben. Wenn Sie einen Tastkopf mit einem Innenwiderstand von 10 MOhm verwenden, um die Spannung über einem 100-Ohm-Widerstand zu messen, tritt praktisch keine Belastung auf, da sich der Tastkopf ähnlich wie bei einem offenen Stromkreis verhalten würde (100 Ohm << 10 MOhm). . Aber wenn der Widerstand, über den Sie gemessen hatten, etwa 1 MOhm betrug, wird die 10-MOhm-Sonde jetzt Ihren Schaltkreis belasten, was größere unerwartete Spannungsänderungen verursacht.
Haben Sie darüber hinaus die Möglichkeit von Teiletoleranzen berücksichtigt?
Und wie groß ist Ihre Eingangsspannung? Gibt es Verzerrungen? Ich habe eine Reihe verschiedener Operationsverstärker simuliert und sogar einen benutzerdefinierten mit schrecklichen Parametern ausprobiert und nicht gesehen, was Sie beschreiben.

Antworten (1)

Sie sagen nicht, welchen Verstärker Sie verwenden oder welche Messfrequenz.

In einer idealen Welt würden Sie die 100-fachen Gewinne erhalten, die Sie berechnet haben. Das Rätsel besteht also darin, angesichts Ihrer begrenzten Informationen zu erraten, was dazu führt, dass die Situation nicht ideal ist?

Wenn Sie mit einer hohen Wechselstromfrequenz messen, würde die Streukapazität über Rf seine Impedanz verringern.

Wenn Sie mit einer hohen AC-Frequenz messen und einen Verstärker mit einem Produkt mit begrenzter Verstärkungsbandbreite verwenden, befinden Sie sich möglicherweise so weit unten in der Verstärkungs-/Frequenzkurve, dass die Verstärkung auf weniger als das 100-fache gefallen ist.

Wenn Sie bei Gleichstrom, mit einem schlechten Verstärker oder einem alten/beschädigten/nassen Rf messen, könnte ein Widerstandspfad Rf nebenschließen und seinen effektiven Wert verringern.

Es ist möglich, weitere Experimente durchzuführen, um festzustellen, welche davon das Problem verursachen. Ändern Sie die Messfrequenz. Messen Sie die Open-Loop-Verstärkung des Verstärkers. Belasten Sie den Ausgang des Verstärkers mit unterschiedlichen Lastwiderständen. Ersetzen Sie den einzelnen Rf durch einen niederohmigen 10:1-Potentialteiler und einen Vorwiderstand von 10 % des Wertes (sollte die gleiche Verstärkung ergeben, aber mit niedrigeren Rückkopplungsimpedanzen).

Diese Art von Untersuchung ist das, was Ingenieure die ganze Zeit tun müssen. Denken Sie daran, dass bei einer scheinbaren Unmöglichkeit wie dieser die Messung oder zumindest ein Teil davon immer korrekt ist. Was schuld ist, ist Ihre Annahme, was genau der Messaufbau ist. „Der Messaufbau“ umfasst natürlich das, was Sie messen, den Stimulus, das Messgerät, die Verbindungen und alles, was es beeinflussen könnte. Gehen Sie nachforschen.

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