Warum benötigt der nicht invertierende Eingang des nicht invertierenden Verstärkers einen Pfad für DC zur Masse?

Wikipedia sagt das, gibt aber keine Erklärungen.

Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers benötigt einen Pfad für DC nach Masse; Wenn die Signalquelle keinen Gleichstrompfad liefert oder wenn diese Quelle eine bestimmte Lastimpedanz erfordert, benötigt die Schaltung einen weiteren Widerstand vom nicht invertierenden Eingang zur Erde. Wenn die Eingangsruheströme des Operationsverstärkers signifikant sind, sollten die die Eingänge treibenden DC-Quellenwiderstände ausgeglichen sein. Der ideale Wert für die Rückkopplungswiderstände (um eine minimale Offset-Spannung zu ergeben) ist so, dass die beiden parallel geschalteten Widerstände ungefähr gleich dem Widerstand gegen Masse am nicht invertierenden Eingangspin sind. Dieser ideale Wert setzt voraus, dass die Bias-Ströme gut aufeinander abgestimmt sind, was möglicherweise nicht für alle Operationsverstärker gilt.

Soweit es mich betrifft, sagt es genau so, als ob es diesen Pfad wirklich haben muss, falls die Signalquelle keinen DC-Pfad liefert. Dann sagt es über eine Folge der Herstellung dieses Pfades, wie z. B. Vorstrom, der eine zusätzliche Eingangs-Offsetspannung erzeugt, und so weiter.

Einige Leute sagen, dass der Eingang einen Gleichstrompfad zur Erde haben muss. Sie sagen, falls es keinen Weg zur Masse gibt und der nicht invertierende Stift aus unerwünschten, unerwarteten Gründen "in der Luft hängt", kann der Operationsverstärker in Sättigung gehen oder ähnliches.

Andere Leute sagen, dass die Eingabe diesen Pfad nicht haben muss. Meinungen geteilt.

Was denken Sie?

UPD: Schema hinzugefügt, um Missverständnisse zu vermeiden. Die Schaltpläne unterscheiden sich ein wenig von den Schaltplänen in der Frage Verwendung eines 100-K-Ohm-Widerstands zusammen mit einem 0,1-uF-Kondensator? Dann wird meine Frage vielleicht nicht dupliziert ...?

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Die Werte von R2 und R4 (wie auch der Wert R1) sind Standardwerte, da sie in diesem Bereich keine Rolle spielen. Wir diskutieren die Rolle von R1.

AKTUALISIERT:

Ich habe noch eine Meinung herausgefunden, die mir passend erschien.

Sie sagen, dass dieser Widerstand (R1) helfen kann, einige Geräusche zu dämpfen, deren Quelle eine große interne Impedanz hat. Rauschquelle und dieser Widerstand bildet eine Art Spannungsteiler und dieser Teiler dämpft das Rauschen erheblich.

Es schien eine mögliche Erklärung zu sein.

Ein einfaches Opamp-Modell besagt, dass die Eingänge keinen Strom ziehen. Aber das stimmt nicht. Es gibt einen Bias-Strom für die Eingangsstufe und Sie müssen einen Pfad für diesen Strom bereitstellen.
Dies war in der Tat eine doppelte Frage. Aber er sollte nicht gelöscht werden, weil der andere/vorherige einen viel weniger gut gewählten Titel hat. Ich gebe dem Fragesteller auch eine positive Bewertung für ein gewisses Maß an vorheriger Forschung.
Stellen Sie sich vor, dass jeder Eingang einen hohen Wert (vielleicht Gig-Ohm oder Tera-Ohm) parasitären Widerstand gegen eine unbekannte und sich möglicherweise willkürlich ändernde Spannung haben kann. Was passiert, wenn ein Eingang einen 100-Gohm-Widerstand zur positiven Schiene und keinen anderen DC-Pfad hat? Was passiert, wenn man einen 10-M-Widerstand zur Erde hinzufügt? Wenn der parasitäre Widerstand groß ist (was oft der Fall ist), wird fast jeder absichtliche Widerstand seine Wirkung dominieren, aber wenn es keinen absichtlichen Widerstand gibt, werden parasitäre Effekte spürbar.

Antworten (1)

Als allgemeine Regel gilt, dass alle Eingänge jeglicher Art einen DC-Pfad zur Masse benötigen. Wenn Sie keinen DC-Pfad zur Erde haben, kann der DC-Offset des Eingangs auf jede Spannung schweben. Sie haben eine kapazitive Kopplung mit dem AC-Eingang, aber Sie haben auch eine (schwache) kapazitive Kopplung mit dem Rest der Schaltung, den Stromleitungen, Ihrem Körper usw. All dies kann die DC-Komponente der Eingangsspannung beeinflussen. Ein Widerstandspfad zur Erde (oder ein DC-gekoppeltes Eingangssignal) überwältigt diese anderen Effekte und erzwingt einen wohldefinierten DC-Offset.

Warum brauchen Sie einen wohldefinierten DC-Offset? Wenn Sie keinen haben, kann Ihre Eingangsspannung leicht über den Versorgungsspannungsbereich hinaus driften und den Operationsverstärker sättigen.

Diese Antwort bezieht sich eher auf Operationsverstärker mit FET-Eingang, die einen sehr hohen Eingang Z und niedrige Vorspannungsströme haben. BJT-Eingangs-Operationsverstärker benötigen einen Erdungspfad, nur damit ihr Vorspannungsstrom irgendwohin fließen kann. Wenn der einzige Ort, an den es gehen kann, ein Koppelkondensator ist, wird es ihn aufladen. Es werden keine Streufelder benötigt.
Adam, warum genau kann DC-Offset auf jede Spannung schweben? Gibt es ernsthafte Erklärungen? Wie ändert sich der Frequenzgang der Eingangsschaltung, nachdem wir den ohmschen DC-Pfad zur Erde hinzugefügt haben?
Kaz, Adam, könnten Sie bitte nicht klarstellen, was Sie unter dem Begriff "Koppelkondensator" verstehen? - Ist es die Kapazität des pn-Übergangs des Eingangstransistors des Operationsverstärkers? Es gibt eine Art unerwünschten Hochpassfilter, der die DC-Komponente blockiert, richtig?
Dieser Widerstand (warum so niedrig?) ist nur erforderlich, wenn ein Eingangskopplungskondensator verwendet wird, der den erforderlichen (kleinen) Eingangsgleichstrom nicht zulässt. In vielen Fällen darf dieser kleine Gleichstrom (nA-Bereich) durch die Signalquelle fließen. In diesem Fall sollten Sie einen solchen Widerstand nicht verwenden, da er den Eingangswiderstand der gesamten Schaltung unnötig verschlechtert.