Stammen die für Operationsverstärkerschaltungen verwendeten Widerstandswerte aus den Gleichungen?

Ich habe folgende Schaltung:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Als Operationsverstärker habe ich den LM741 verwendet. Der Eingangswiderstand ist 2 ⋅ 10 6   Ω , der Ausgangswiderstand ist 75   Ω und die Spannungsverstärkung ist 2 ⋅ 10 5 .

Frage: Ich wähle Werte für die Widerstände R ich N Und R F die sind dazwischen 10   k Ω Und 100   k Ω . Aber wie folgt dieser Bereich aus den Eingangswiderstands- und Ausgangswiderstandsgleichungen?

Meine Arbeit: Auf dieser Seite (Folien 31/32/33) habe ich herausgefunden, dass die Gleichungen lauten:

  • (1) R ich N P u T ≈ R ich N + R F + 75 1 + 2 ⋅ 10 5 → ∞ ich D e A l
  • (2) R Ö u T P u T ≈ 75 2 ⋅ 10 5 ⋅ R ich N + R F R ich N → 0 ich D e A l

Jetzt sehe ich nicht, wie die Werte folgen.

Dinge, die bei der Auswahl der Widerstandswerte für einen invertierenden Verstärker zu berücksichtigen sind: Verstärkung, Widerstandsrauschen, Stromrauschen, Offset aufgrund des Eingangsvorstroms und Verlustleistung in den Widerständen.
@ DavidG25 Also woher kommt die Reichweite von 10 k Zu 100 k kommt von?
@Looper das ist nur eine Faustregel. Übermäßig große Widerstände (1 MB +) führen zu großen Offsets aufgrund des Eingangsvorspannungsstroms, viel Stromrauschen und viel Widerstandsrauschen. Zu kleine Widerstände verbrauchen viel Leistung und leiten mehr Strom, als der Operationsverstärker liefern kann.
@ DavidG25 Gibt es Dokumentation zu diesem Thema? Damit ich weiterlesen kann.
Zuerst ..wählen Sie einen anderen Operationsverstärker aus
@ Looper ja, viel. Wenn Sie nach etwas wie Verstärker-DC-Fehlern suchen, erhalten Sie Papiere zu den Offset-Themen. Die Suche nach einem rauscharmen Verstärkerdesign deckt das Rauschen ab. Die Verlustleistung beträgt V ^ 2 / R und die aktuelle Kapazität des Operationsverstärkers ist im Datenblatt aufgeführt.
Es hilft auch, die Ausgangsimpedanz dessen zu kennen, was die Schaltung antreibt. Unter anderem. Sie können dies nicht unbedingt als vollständig isolierten Stromkreis behandeln. Es gibt auch einen Kontext dafür. Es geht darum, Fehler, Lärm, Erwärmung, Größe, Kosten usw. zu priorisieren und diese Dinge dann mit der Idee zu verwalten, dass Sie Ihre Entscheidungen gut verteidigen können. Und dann testen Sie Ihre Auswahl, um zu sehen, ob das, was Sie bekommen, nahe genug an dem liegt, was Sie erwarten.
Stimme David zu. Auch ausreichend große Widerstände können die Operationsverstärkerschaltung instabil machen (oszillieren) ... cds.linear.com/docs/en/application-note/an148fa.pdf
Sehen Sie sich diese Antwort an , um mehr über Eingangsruheströme zu erfahren
Suchen Sie nach „Analog Circuits“ von Robert Pease; „Analoges Schaltungsdesign“ von Dobkin/Williams. Andere Titel von Williams und Pease. Diese Bücher fügen Ihrer Ausbildung eine Dimension hinzu, die Sie in der Ingenieurschule wahrscheinlich nicht lernen werden.

Antworten (2)

Ein idealer Operationsverstärker hat eine unendliche Eingangsimpedanz, null parasitäre Leckströme und Offsets und eine Ausgangsimpedanz von null. Daher sind in diesem Fall ALLE Widerstände mathematisch gut.

Echte Verstärker haben eine endliche Ausgangsimpedanz (~ 30 Ohm und bis zu 1 k) und eine merkliche Eingangsimpedanz (bis zu 300 k für alte Designs wie LM741). Um die ungefähre Funktionalität von OA bestmöglich zu erreichen, müssen die Widerstände viel größer als die Ausgangsimpedanz, aber viel kleiner als die Eingangsimpedanz sein. Dies gibt Ihnen eine gewisse Auswahl. Manchmal ist die Auswahl eng, wie in Ihrem Hausaufgabenfall, zwischen 10.000 und 100.000.

Willkommen in der Welt der Schaltungssynthese.

Angenommen, Sie möchten ein 20-Bit-System mit +-5 Volt in den ADC. Die Widerstände haben einen Temperaturkoeffizienten von 5 PPM (vielleicht sind dies Metallschichtwiderstände von Vishay). Die Widerstände plus die PCB-Leiterbahnen und das PCB-FR-4-Dielektrikum und die verschiedenen VDD- und GND-Ebenen und das Metallchassis des Abschirmgehäuses bieten einen thermischen Widerstand von 100 Grad Celsius pro Watt. Die thermische Zeitkonstante des Widerstands beträgt 11 Millisekunden; die PCB-Zeitkonstante beträgt mehrere Sekunden. Können wir 20 Bit SINAD (Signal to Noise + Distortion) erreichen? Können wir die Nichtlinearität unter 1 Bit halten? Können wir die Eigenerwärmung der Widerstände unter 1 Bit oder 1 PPM halten?

Für 1 PPM benötigen wir eine Erwärmung von 0,2 Grad Cent. Bei 100 Grad C pro Watt und wir planen nur 0,2 Grad ein, können wir nur 2 Milliwatt in den Widerständen verbrauchen.

Welcher Wert ist bei 5 Volt an den Widerständen erforderlich?

P = V^2 / R; R = V^2/P = 5*5 / 0,002 = 25 * 500 = 12.500 Ohm.

Sind Sie jetzt in der Lage, den für 20 Bits erforderlichen Johnson-Noise-Floor zu erreichen?

1 kOhm in 1 Hz Bandbreite ist 4 Nanovolt RMS; bei einer Bandbreite von 1 MHz erwarten Sie 4 Mikrovolt.

Dieser 12.500-Ohm-Widerstand erzeugt sqrt(12.500 / 1.000) = sqrt(12,5) ~~3,5-mal mehr Rauschen,

oder 4uV * 3,5 = 14 uVolt RMS.

Doch was ist das Budget für zufälliges Rauschen für ein 20-Bit-System mit 5-Volt-Vollaussteuerung?

5uV RMS?

Somit befinden wir uns zwischen der Nichtlinearität der thermischen Erwärmung und dem Grundrauschen.

Stammen die für Operationsverstärkerschaltungen verwendeten Widerstandswerte aus den Gleichungen?
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