Operationsverstärker-Eingangswiderstand?

Ich lese das Datenblatt für den TL064 durch , das diese Abbildung auf Seite 16 enthält:

TL064 Datenblatt Abbildung 19

Dies ist natürlich ein Instrumentenverstärker, der anscheinend den Ausgang eines invertierenden Verstärkers anstelle einer Masse in der unteren rechten Ecke der obigen Abbildung verwendet, aber was mich wirklich verwirrt, sind die 100-kΩ-Widerstände, die direkt an die nicht invertierenden Eingänge von drei der vier angeschlossen sind Verstärker. Ich kann mich nicht erinnern, eine Instrumentenverstärkerschaltung in Büchern oder Anwendungsnotizen gesehen zu haben, die sie enthalten, und alle Instrumentenverstärker, die ich mit dem Drei-Operationsverstärker-Schema gebaut habe, funktionieren gut ohne sie.

Die Datenblätter geben einen Eingangswiderstand von 10 12 Ω an, was 10.000.000-mal größer als 100 kΩ ist, also scheint es nichts zu den bereits hochohmigen JFET-Eingängen hinzuzufügen. Ich dachte, es hat vielleicht etwas mit Eingangsvorspannungsströmen zu tun, aber das bin nur ich, der einen wilden Stich ins Dunkel macht.

Seltsamerweise zeigt Abbildung 26 im selben Datenblatt (Seite 18) eine Zwei-Operationsverstärker-Version eines Instrumentenverstärkers ohne die 100-kΩ-Widerstände an den nicht invertierenden Operationsverstärkereingängen!

Welchen Zweck haben die 100-kΩ-Widerstände an den nicht invertierenden Eingängen in der obigen Schaltung? Übersehe ich etwas ganz Offensichtliches?

Ich muss eine Schleife anlegen, um sicherzugehen, aber ich denke, dass diese Widerstände dazu da sind, den vorgespannten Eingangsstrom zu reduzieren. Der Eingangswiderstand ist kein "echter" Widerstand als Komponente, daher schafft er es nicht, den Eingangsvorspannungsstrom zu reduzieren. In einer präzisen Messschaltung könnten diese Ströme möglicherweise Probleme verursachen, nehme ich an, aber sie sind immer noch sehr klein.
Der TL064 hat JFETs-Eingänge. Im Normalbetrieb sind die Übergänge an den Gates immer in Sperrrichtung vorgespannt und daher sehr hochohmig und die Widerstände machen keinen Sinn. Eventuell dienen die Widerstände zur Strombegrenzung für den Ausnahmefall, dass die Eingänge so negativ werden, dass der Übergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt wird.

Antworten (5)

IMO dienen sie keinem Zweck und können weggelassen werden. Wenn sie den Eingangs-Offset minimieren sollten, dann sollte es auch einen in der Rückkopplung vom Ausgang zum invertierenden Eingang geben. Beide Eingänge sollten die gleiche Impedanz haben.
Insbesondere bei sehr hohen Eingangsimpedanzen wie FET-Operationsverstärkern scheinen sie nicht erforderlich zu sein.

Ich habe dies gesehen, angeblich um die Bandbreite zu begrenzen (indem man sich auf die Eingangskapazität verlässt) oder um den Eingangsstrom zu begrenzen, wenn die Versorgungsschienen überschritten werden - aber beides sind meiner Meinung nach schlechte Ausreden dafür.
@Mike - Ja, ich habe auch über Kapazität nachgedacht, aber das Datenblatt enthält keine Werte dafür. Die Eingänge scheinen auch keine Klemmdioden zu haben.
Hm, ich bin nicht sehr überzeugt. Wenn der Hersteller sie selbst dort gezeichnet hat, erfüllen sie einen Zweck. Das Datenblatt klärt nicht, ob der Operationsverstärker Klemmdioden hat oder nicht. Es erwähnt +/-15 V Eingangsnennwert. Wahrscheinlich sind die Widerstände dazu da, den Eingangsstrom zu begrenzen, wie @MikeJ-UK sagt, falls bekannt ist, dass die Anwendung diese Eingangsspannungswerte überschreiten soll.
@Telaclavo - Ich glaube nicht, dass es explizite Klemmdioden gibt (abgesehen von den Eingangs-FET-Übergängen!) - und keine Erwähnung von Cin, daher mein Kommentar zu einer "schlechten Entschuldigung".
@Telaclavo - Das Schema im Datenblatt zeigt keine Klemmdioden und sie würden auch die hohe Impedanz beeinträchtigen.
Kann es sein, dass es sich um lasergetrimmte Widerstände handelt, die den Eingangswiderstand der beiden Eingänge ausgleichen?
@clabacchio - Wie OP sagte, ist die Eingangsimpedanz 10.000.000-mal höher! Selbst wenn ein Widerstand zu 50% ausfällt, würde es keinen Unterschied machen.
Aber das Datenblatt sagt auch 200 pA Vorspannungsstrom, was über einen 10 ^ 12 Widerstand 200 V ergibt!
@clabacchio - über den gesamten Temperaturbereich sogar 10 nA. 10.000 V. Ein Hochspannungsgenerator! ;-). Der Eingangsvorspannungsstrom ist bei geerdetem Eingang, sodass das Gate des Eingangs-FET nicht mehr in Sperrrichtung vorgespannt ist. Der Eingangswiderstand wird wahrscheinlich bei angelegter Spannung gemessen.

Das kann ein Fehler im Schaltplan sein. Möglicherweise war die Absicht, dass die 100K-Widerstände Shunt-Widerstände zum Eingang und nicht in Reihe sind. Shunt-Widerstände würden dazu dienen, die Eingangsimpedanz auf 100K zu senken. (Eine astronomische Eingangsimpedanz ist nicht immer wünschenswert: Zum einen ist sie anfällig für Rauschen.) Der zweite Zweck wäre die Bereitstellung einer Gleichstromrückführung, wenn sich direkt vor dem Eingang ein Koppelkondensator befindet. Ohne den auf Masse bezogenen Eingang lädt sich der Kondensator auf, bis er diesen Eingang aus einem nutzbaren Bereich bringt. Durch einen JFET-Eingang mit einem sehr kleinen Bias-Strom kann dies Stunden oder Tage dauern!

Eine nette Diskussion dazu finden Sie hier: http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/41-08/amplifier_circuits.html

(Nichtsdestotrotz ist das "Halme greifen": weil die Schaltung dann wahrscheinlich den Kondensator anzeigen würde.)

Was die Reihenschaltung der Widerstände betrifft; Ich stimme den anderen zu. Der wahrscheinliche Grund wäre ein Stromschutz für den Fall, dass der Eingang durch Überspannung zusammenbricht.

Es wird nie im Datenblatt diskutiert, aber in der Praxis sind viele Spannungsfolger ohne den Reiheneingangswiderstand instabil. Versuchen Sie, einen Spannungsfolger mit einem LME49710 zu bauen. Fahren Sie eine 150-Ohm-Last. Verwenden Sie eine 1-kHz-Sinuswelle. Die Ausgabe sieht schrecklich aus, oder? Fügen Sie nun einen 10-KOhm-Serienwiderstand am Eingang hinzu. Problem gelöst.

Ich würde auch gerne eine Erklärung dafür hören.

Dies ist eher ein Kommentar zur ursprünglichen Frage als eine Antwort.
Ich denke, die Instabilität hat mit einem schwachen Eingangsrauschen zu tun, das vom Speiseblock kommt; Das Anbringen der Widerstände an den Eingängen erhöht die RC-Impedanz gegenüber Rauschen aufgrund der parasitären Kapazität des Operationsverstärkers.

Ich bin auf eine In-Amp-Schaltung zur Strommessung gestoßen, die ähnliche, mysteriöse Eingangswiderstände hatte (1,3 k an beiden Eingängen). Anscheinend besteht der Zweck hinter den Widerständen darin, Fehlerströme zu begrenzen, falls das CM über Schienen hinausgeht, z. B. wenn ein Sensor mit langen Leitungen getrennt wird. Diese Application Note von Analog erläutert die Situation genauer.

Die 100k-Widerstände im TI-Datenblatt erscheinen jedoch etwas groß und erhöhen wahrscheinlich das Systemrauschen etwas.

Neben den genannten Gründen (Schutz, Stabilität, ...) möchte ich einen möglichen Grund hinzufügen: Einige Operationsverstärker erfordern, dass die Quellimpedanz beider Eingänge angepasst wird, um einen möglichst geringen Verzerrungsgrad zu erreichen. Dies wird beispielsweise im OPA134-Datenblatt erläutert:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Der Widerstand wäre also da, um die Impedanz des anderen Eingangs anzupassen.

sollten es dann nicht 20kOhm sein?
Operationsverstärker-Eingangswiderstand?
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