Warum wird nach dem DC-Sperrkondensator des Operationsverstärkereingangs ein Widerstand hinzugefügt? [Duplikat]

Die Eingangspins des Operationsverstärkers haben einen kleinen Bias-Strom. Ohne R2 in Ihrem Beispiel würde sich der Kondensator allmählich auf- oder abladen und den Pin schließlich auf V + oder V- bringen, und die Schaltung würde nicht mehr wie beabsichtigt funktionieren.

Ich habe irgendwo gelesen, dass das hinzugefügte R2 die DC-Rückkehr zur Erde bereitstellt, dies würde jedoch die Gesamteingangsimpedanz von op-apm verringern.

Ja, daher ist es wichtig, die Auswirkungen auf die Schaltung zu verstehen.

Die I / P-Impedanz muss für den Operationsverstärker hoch sein. Wie kann dieses Problem gelöst werden?

Nicht ganz richtig. Die Eingangsimpedanz des Operationsverstärkers ist konstruktionsbedingt hoch. Es wird nichts dagegen haben, mit einem recht niedrigen Widerstand verbunden zu werden. Wenn der Operationsverstärker beispielsweise zum Messen des Spannungsabfalls über einem Strom-Shunt verwendet wird, kann der Widerstand << 1 Ω betragen.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Abbildung 1. R1 ermöglicht es OA1, den Strom durch R1, einen 0,1-Ω-Strom-Shunt, zu messen.

Die Eingänge eines Operationsverstärkers müssen einen DC-Pfad haben, damit die Bias-Ströme fließen können.

Sie können im Beispiel der Eingangsstufe des bipolaren Operationsverstärkers unten sehen, dass ein kontinuierlicher Basisstrom fließen muss:

Ein kontinuierlicher Strom in einen Kondensator führt dazu, dass die Kappenspannung ansteigt, bis sie eine Sättigungsgrenze erreicht, sodass Sie ohne einen Gleichstrompfad wahrscheinlich Ihren Eingang rammen werden.

So können Sie den Eingang DC-koppeln, eine invertierende Konfiguration verwenden, bei der der Rückkopplungswiderstand den Vorspannungsstrompfad bereitstellt, oder eine AC-Kopplung mit einem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers und einen Widerstand gegen Masse oder eine Vorspannung für die Vorspannungsströme bereitstellen.

Wenn Sie einen Operationsverstärker mit FET-Eingang erhalten, können Sie einen sehr großen Widerstand verwenden, um Ihren DC-Pfad bereitzustellen und daher eine hohe Eingangsimpedanz aufrechtzuerhalten.

Warum wird zusammen mit dem Kondensator ein Widerstand hinzugefügt, um die Gleichstromkomponente der Eingangsspannung des nicht invertierenden Wechselstrom-Operationsverstärkers zu blockieren?

Die Eingänge eines Operationsverstärkers müssen einen DC-Pfad haben, damit Bias-Ströme fließen und der gewünschte DC-Arbeitspunkt eingestellt werden kann. Wenn Sie keinen DC-Pfad bereitstellen, ist das wahrscheinliche Ergebnis, dass die DC-Eingangsspannung aus dem akzeptablen Gleichtakt-Eingangsbereich driftet und Ihr Verstärker nicht funktioniert.

Die I / P-Impedanz muss für den Operationsverstärker hoch sein. Wie kann dieses Problem gelöst werden?

Sie haben zwei Hauptoptionen. Jeder hat Nachteile.

1. Verwenden Sie einen größeren Widerstand. Der Nachteil dabei ist, dass eine Erhöhung des Widerstands den Ausgangsfehler erhöht, der durch die Verstärkung des Vorspannungsstroms verursacht wird.
2. Machen Sie die erste Stufe Ihrer Verstärkerkette gleichstromgekoppelt. Der Nachteil hier ist, dass DC-Bias-Strom von Ihrer externen Quelle gezogen wird (und wenn er nicht gezogen werden kann, kehren Sie zu Ihrem ursprünglichen Problem zurück).

Die Wahl des richtigen Operationsverstärkers kann sehr hilfreich sein. Beispielsweise hat der LTC1052 einen Eingangsruhestrom von max. 30 pA. Selbst bei einem Eingangswiderstand von 1 GΩ würde der Vorspannungsstrom also nur einen Eingangsspannungsfehler von max. 30 mV ergeben (der Ausgangsfehler hängt von der Verstärkung ab).

Beachten Sie, dass Sie bei der Verwendung von Gigaohm-Widerständen sicherstellen müssen, dass Ihre Schaltung peinlich sauber ist.

Tatsächlich ist es wichtig, dass der Eingangswiderstand einen DC-Rückweg bereitstellt, damit der Vorspannungsstrom nicht den Kondensator auflädt, wodurch die Spannung am (+)-Eingang aus dem Bereich des Operationsverstärkers verschoben wird.

Eine weitere Rolle des Widerstands besteht jedoch darin, dass er eine konkrete Eingangsimpedanz festlegt, die von der Wahl des Operationsverstärkers unabhängig ist. Wenn wir instanziieren$R_1$Als ein$10\text{k}\Omega$Widerstand, dann ist dieser Wert im Grunde die Eingangsimpedanz des Eingangs. (Basierend auf der Hypothese, dass die Eingangsimpedanz des Operationsverstärkereingangs$R_\text{big}$ist so hoch, dass$R_\text{big} || R_1 \approx R_1$: wir sagen, dass der Wert von$R_1$"Sümpfe" (überwältigt)$R_\text{big}$.

Wenn wir keine konkrete Eingangsimpedanz für die Eingangsstufe festnageln, dann ist die Eingangsstufe dem spezifischen Operationsverstärkerteil ausgeliefert. Es könnten eine Million Ohm sein, zehn Millionen, hundert Millionen: Variationen in Größenordnungen.

Ein kleines Problem könnte sein, dass die Impedanz unnötig hoch ist. Vielleicht hat die Schaltung, die die Stufe antreibt, Mindestlastanforderungen ; Es gibt solche Schaltungen.

Die Variation der Impedanz bedeutet, dass das RC-Produkt der Impedanz und unseres Koppelkondensators C eine Unbekannte ist. Das ist ein Problem, weil die Eingangsstufe ein Hochpassfilter darstellt; Wenn wir die Impedanz hinter dem Kondensator nicht kennen, wissen wir nicht, was die Kniefrequenz dieses Filters ist.

Indem wir den Eingangswiderstand und den Kondensator mit bestimmten Werten konstruieren, erhalten wir ein vorhersagbares Verhalten, das wir in Bezug auf die Anforderungen an die Schaltung rechtfertigen und das sich bei Variationen im Operationsverstärkerteil nicht ändert.

Die Größe von$R_1$wirkt sich auch auf den Lärm aus. Ohne dortigen Widerstand ist die Eingangsimpedanz sehr hoch, was bedeutet, dass Spannungsänderungen (das Signal) nur sehr kleine Stromänderungen verursachen. Umgekehrt betrachtet bedeutet dies, dass sehr wenig Strom benötigt wird, um ein Spannungssignal in einen hochohmigen Eingang zu treiben. Die Implikation ist, dass die Situation anfällig für Spannungsrauschen ist. Quellen von Spannungsrauschen, die nicht durch einen ernsthaften Strom "unterstützt" sind, können sich dem Eingangssignal überlagern. Senken wir die Eingangsimpedanz mit einem geeigneten$R_1$, geben wir der Ansteuervorrichtung einen Vorteil gegenüber Spannungsrauschquellen. Die Ansteuervorrichtung hat eine Stromversorgung hinter sich und kann Spannungsrauschen überwältigen, die nicht durch Strom unterlegt sind.