So wählen Sie Widerstandswerte in Operationsverstärkern aus

Ok, meine Frage ist, welche Widerstandswerte ich für diesen Verstärker wählen soll. Vin beträgt 0,5 Vpp, 50 kHz und die gewünschte Vout beträgt 25 Vpp, sodass die Gesamtspannungsverstärkung 50 beträgt. Ich weiß, dass die Spannungsverstärkung für einen invertierenden Verstärker -Rf / Rin beträgt. Was ist der Unterschied zwischen der Auswahl von Widerstandswerten wie 50 Ohm und 1 Ohm oder wie sagen wir 50 kOhm und 1 kOhm? Wie hoch sollte meine +-Vcc-Versorgungsspannung für den Verstärker sein? Das zweite Bild unten ist das Datenblatt des Operationsverstärkers (LF351). Ich frage mich, ob das irgendetwas beeinflussen könnte. Jede Hilfe wird sehr geschätzt, danke.

Willkommen im Forum! Die invertierende Verstärkung zieht Strom von der Signalleitung. Es wäre eine gute Idee, es mit einem Operationsverstärker mit Einheitsverstärkung zu puffern und es dann mit Widerständen mit hohem Wert zu verstärken (der Puffer muss immer noch etwas Strom ausgeben, aber er verzerrt das Signal selbst nicht mehr). Schauen Sie sich das OP-Amp-Video von eevblog auf YouTube an, es ist eines der hilfreichsten OP-Amp-Videos aller Zeiten
Interessant, danke für den Tipp, werde ich mir mal ansehen!
@Ilya EE ist kein Forum.
Ich würde einen neueren Operationsverstärker mit überlegenen Spezifikationen empfehlen, z. B. OPA197

Antworten (2)

Dies sollte Ihnen bei der Entscheidung für die Stromschienen helfen: -

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Und dieser Graph erlaubt gerade noch eine Verstärkung von 50 bei einer Last von 2 kOhm: -

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In Bezug auf die Widerstandswerte würde ich an 22 kOhm für den Rückkopplungswiderstand und etwa 440 Ohm für den Eingangswiderstand denken. Möglicherweise können Sie etwas höher gehen und trotzdem die benötigte 50-kHz-Bandbreite erhalten. Vielleicht so hoch wie 220 kOhm für den Rückkopplungswiderstand.

Was ist der Unterschied zwischen der Auswahl von Widerstandswerten wie 50 Ohm und 1 Ohm oder wie sagen wir 50 kOhm und 1 kOhm?

Der Operationsverstärker invertiert, daher liegt der invertierende Eingang bei 0 Volt, daher ist die Ausgangslast der Rückkopplungswiderstand, und Sie können diesen nicht zu niedrig haben, sonst erhalten Sie die Amplitude der Ausgangsspannung nicht. Auf der anderen Seite können Sie nicht zu groß werden, da die parasitären Kapazitäten des Operationsverstärkers bei höheren Frequenzen beginnen, die Verstärkung zu stark zu reduzieren.

Bezüglich Zahlen im Datenblatt (anstelle von Grafiken), dies ist eine Zusammenfassung auf Seite 4: -

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Die Versorgung ist mit +/- 15 Volt angegeben und der Ausgangshub beträgt typischerweise +/- 13,5 Volt. Dies bedeutet, dass Sie den Ausgang normalerweise nicht auf 1,5 Volt der positiven oder negativen Stromschiene bringen können, aber dies könnte bis zu 3 Volt betragen, wenn Sie den Mindestwert nehmen. Die Zahlen von 1,5 Volt und 3 Volt sind Sättigungsspannungen und die Last beträgt 10 kOhm.

Interessant, wie wirkt sich der Wert des Lastwiderstands auf meine Widerstandswerte aus? Da die Last, die ich fahre, 2 kOhm beträgt, ist das etwas unklar.
Das Diagramm oben links gilt für eine Last von 2 kOhm. Beachten Sie, dass der Rückkopplungswiderstand die effektive Last kleiner als 2 kOhm macht. Ich bin sicher, Sie brauchen mich nicht, um Ihre Hand zu halten, während Sie sich Diagramme ansehen.
Ich verstehe. Ich bin mir jedoch immer noch nicht sicher, wie ich die Auswahl der Widerstandswerte angehen soll
Es gibt keine festen Regeln für Operationsverstärker. Sie wählen Rf so hoch wie möglich, ohne dass der Hochfrequenzgang des Operationsverstärkers schlecht wird, und dies hängt vom tatsächlichen Operationsverstärker ab, ABER ältere Geräte (wie der wirklich alte, aber gute LF351) geben diese Informationen nicht aus, weil Sie zielen auf Audioanwendungen ab. Die Leute verwenden jetzt Simulatoren, und diese Dinge können normalerweise mit einem genauen Operationsverstärkermodell bestimmt werden, aber angesichts des Rentnerstatus des 351 ist es unwahrscheinlich, dass Modelle genau genug sind.
Ahhh, ich sehe auch viele Videos online, in denen tatsächlich ein Widerstand an den nicht invertierenden Eingang angeschlossen ist. Ist das notwendig und was bewirkt er?
Nein, für den LF351 ist dies nicht erforderlich, da die Bias-Ströme sehr klein sind. Ja für normale BJT-basierte Operationsverstärker, aber normalerweise nein für FET-Eingangs-Operationsverstärker.
Wie werden außerdem der Spannungsausgangshub und Vsat abgeleitet? Da es für den Ausgang am besten ist, die Wellenform so wenig Verzerrungen wie möglich zu haben und der Ausgangshub geringer als Vsat sein sollte, woher kenne ich diese Werte?
@BeatriceUK das Datenblatt gibt dir die Werte. Von dort habe ich die Grafiken genommen, und das ist die Hauptquelle für Informationen.
Kann den Vsat aber nirgendwo finden
@BeatriceUK - Die Diagramme zeigen Ihnen die Sättigungsspannung, weil sie Ihnen die Spitze-zu-Spitze-Ausgangsspannung anzeigen. Seite 4 listet auch eine Kurzfassung der Grenzwerte auf. Grüße Ableitung, das liegt wahrscheinlich daran, dass der Lieferant Millionen von Proben misst und ein Urteil trifft.
@BeatriceUK bezieht sich auf Upvoting und die Annahme von Antworten, siehe diese Seite . Als Neuling müssen Sie diese Dinge wissen.
Noch etwas unklar. Bedeutet dies, dass Vsat 25 V beträgt? Und wenn der Ausgangsspannungshub 12 V beträgt, bedeutet dies nicht, dass die Spannungsverstärkung nicht 50 beträgt, da ihr Maximum 12 beträgt? Entschuldigung für mein unklares Verständnis. Und ja, ich werde die Antworten positiv bewerten
@BeatriceUK Ich habe meiner Antwort einen Abschnitt hinzugefügt, der die Tabelle von Seite 4 beschreibt.
Also sind 3 Volt Vsat für eine 2-kOhm-Last? Bedeutet dies nicht, dass die Ausgangswellenform verzerrt ist, da der Spannungshub unter Vsat liegt?
Die Diagramme zeigen den typischen Betrieb und nicht das Worst-Case-Szenario für den Bereich, den (sagen wir) 1 von 1000 aufweisen kann. Ich würde erwarten, dass 99% eine 2-Volt-Sättigung sind, und das reduziert eine +/- 15-Volt-Stromschiene auf einen unverzerrten Spitze-zu-Spitze-Pegel von 26 Volt.

Beginnen wir mit einem Beispiel, um es uns bequem zu machen.

Ich verwende standardmäßig einen 10.000-Ohm-Widerstand als Grundwert; somit wäre 100 kOhm der Rfeedback-Wert zum Invertieren von gain_of_10. Bei einem 10-Volt-Ausgang wird nur ein Ausgangsstrom von 0,1 mA (100 uA) benötigt. Und das gesamte resistive_contribution-Rauschen, unter der Annahme von 1 MHz UGBW und somit 100.000 Hz Operationsverstärker + Widerstandsbandbreite wegen der 10-fachen Verstärkung, wird (ungefähr) sein

  • 4 NanoVolt/rtHz * sqrt (10 kOhm/1 kOhm) * sqrt (100.000 Hz BW) * Av = 10

oder

  • 120 Nanovolt * sqrt (100.000) = 120 nV * 316 = 36 Mikrovolt RMS

Somit ist der Operationsverstärker bequem mit einer einfachen Last. Und das Ausgangsrauschen beträgt 36 uV rms, verteilt über die gesamte Bandbreite von 100.000 Hz.

Die Auswahl von Widerstandswerten wird eingeschränkt durch

  • Ausgangsstrom und Erwärmung des Operationsverstärkers; Viele Operationsverstärker haben eine KURZSCHLUSS-Schutzfunktion, normalerweise etwa 10 mA bis 20 mA; lesen Sie das Datenblatt

  • zufälliges Rauschen, das in den von Ihnen gewählten Widerständen erzeugt wird; je größer die Bandbreite, desto mehr Rauschen, das mit der Quadratwurzel der Bandbreite zunimmt. Die Noise_power steigt linear mit der Frequenz; die Noise_Voltage steigt mit Quadratwurzel; Denken Sie daran, Leistung = Spannung ^ 2 / Widerstand.

  • Die parasitäre Kapazität der Leiterplatte und die OpAmp-Eingangskapazität interagieren mit den von Ihnen ausgewählten Widerständen, um die Bandbreite zu begrenzen und Phasenverschiebungen zu verursachen, die zu Klingeln und schlechtem Einschwingen und sogar zu Oszillationen führen können.

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Hohe Widerstandswerte führen zu einer stärkeren Rückkopplungsphasenverschiebung, wobei die C_input_differential und die parasitäre Kapazität der Leiterplatte eine Rolle spielen.

Wenn Frequenzgang-Peaking und Time_Response-Klingeln und die Möglichkeit von Oszillationen Sie nicht nervös machen, dann können Sie dies ignorieren.

Lösungen:

  • Ein Operationsverstärker mit höherem Phasenabstand könnte Ihr Freund sein.

  • Entfernen Sie alle Erdungsebenen unter oder in der Nähe der PCB-Folie des Summierungsknotens; Dieser Knoten ist der Vin- des Operationsverstärkers

  • Verschieben Sie alle Komponenten des Summierknotens sehr nahe an Vin-, sodass nur minimale Leiterplattenfläche verwendet wird

  • Vergrößern Sie die Lötpads des RFeedbacks und lassen Sie sie gerade noch trennen (fast kurzschließen), sodass die elektrischen Felder über dem RFeedback maximal sind

  • einen winzigen Kondensator über Rfeedback haben (einige Leute verwenden Trimmerkappen; Sie könnten eine "Gimmick" -Kappe verwenden, die aus 2 miteinander verdrillten Drähten besteht (voneinander isoliert)

  • Ersetzen Sie das RFeedback durch ein "T"-Dämpfungsglied mit viel niedrigeren R-Werten

  • Wählen Sie einen Operationsverstärker mit niedrigerer Eingangskapazität (einige Operationsverstärker-Datenblätter enthalten diese Informationen nicht).

So wählen Sie Widerstandswerte in Operationsverstärkern aus
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