Warum verwenden Designer Operationsverstärker mit fraktionaler Verstärkung?

Ich finde oft Designs wie die folgenden

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Wenn der Gewinn kleiner als eins ist (   R 2 / R 1 < 1 )

Warum nicht einfach einen ohmschen Spannungsteiler verwenden? Jenseits der Umkehrung (die in vielen Anwendungen eher irrelevant ist), ein Teiler mit   ( R 1 − R 2 ) & R 2 würde die gleiche Ausgabe mit der gleichen Eingangsimpedanz erzeugen. Außerdem wird es kein Offset-Problem, kein Eingangsvorspannungsstromproblem, kein Transistorrauschproblem oder kein Bandbreitenproblem geben (das Hinzufügen einiger Kondensatoren kann die Frequenz im Grunde flach machen).

Obwohl mein erster Instinkt darin besteht, dies als mögliche Instabilität anzusehen (Verstärkung jenseits der Operationsverstärkerspezifikation), sehe ich, dass es sich im Grunde um einen stabilen Transkonduktanzverstärker mit dem angegebenen Eingangsstrom handelt   v ich N / R 1 , das ist also kein gültiger Einwand.

Antworten (3)

Warum nicht einfach einen Spannungsteiler verwenden? Es entkoppelt die Ein- und Ausgangskreise.

  • Die Ausgangsimpedanz ist niedrig
  • Die Eingangsimpedanz ist R1
  • Die Last hat keinen Einfluss auf die Eingangsimpedanz

Letzteres ist besonders wichtig, da eine Änderung der Last auf der vorherigen Stufe unerwartete Auswirkungen haben kann, z. B. eine Änderung des Frequenzgangs oder eine Nichtlinearität.

Warum sollten Sie dies anstelle eines Spannungsteilers und eines Einheitsverstärkungsfolgers für Anwendungen verwenden, bei denen die Phase keine Rolle spielt?

  • Gleiche Anzahl von Komponenten
  • Die Eingänge des Operationsverstärkers liegen auf Masse, was für die Leistung am besten ist.

Der Operationsverstärker fungiert als Puffer und bietet eine viel niedrigere Ausgangsimpedanz als der bloße Teiler. Dadurch werden alle Belastungseffekte, die durch die nachgeschaltete Schaltung erzeugt werden, vollständig eliminiert.

Eine nicht invertierende Spannungsfolgerkonfiguration würde den gleichen Vorteil (und die gleichen Nachteile) bieten, aber wenn Sie die Inversion wünschen , ist dies der richtige Weg.

Außerdem ist es für die Anwendung manchmal wichtig, dass der Knoten zwischen R1 und R2 auf Massepotential gehalten wird.

@EdgarBrown Die meisten Anwendungen für einen Puffer dienen meiner Erfahrung nach genau dazu, einen niederohmigen Ausgang für einen hochohmigen Eingang bereitzustellen, um Ihrer Erfahrung entgegenzuwirken. Fühlt sich irgendwie an wie die ganze Pufferidee.
@MarcusMüller Ich habe die gleiche Grundidee bei Differenzverstärkern gesehen, bei denen der Fall nicht so eindeutig ist und die Impedanzanpassung / -pufferung definitiv ein Problem ist (z. B. für Hochgeschwindigkeits-Differenz-ADCs). Aber ich sehe das häufig in Low-Speed-Designs, wo ein Widerstandsteiler mindestens genauso gut funktionieren würde.

Wenn Ihr Sensor eine hohe Ausgangsimpedanz hat, der ADC jedoch eine Menge Ladung aufnehmen muss und der Sensor diese Ladung nicht schnell genug liefern kann, um die gewünschte Abtastrate zu unterstützen, könnte ich diese Schaltung verwenden.

Warum verwenden Designer Operationsverstärker mit fraktionaler Verstärkung?
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