Warum einen Eingangswiderstand in dieser Strommessschaltung verwenden?

In der Linear Technology AN 105 zur Strommessung findet man die folgende Schaltung.

Ich frage mich, was der Zweck des 200-Ohm-Widerstands am invertierenden Eingang ist. Es scheint keine Wirkung zu haben.

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Beachten Sie, dass im folgenden Absatz eine praktisch identische Schaltung dargestellt wird, der dieser Widerstand fehlt:

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Als Nebenproblem : Gibt es einen Nachteil bei der Dimensionierung der 200-Ohm-Eingangsimpedanzwiderstände, die erheblich größer sind, z. B. 10 k? (Verstärkung konstant halten.) Das Ziel wäre, den Strom zu reduzieren, den der Operationsverstärker aus seiner Versorgung zieht, um den BJT anzusteuern.

Bearbeiten 1: Notwendigkeit für Q1

In den Kommentaren wurde hinterfragt, ob der Ausgangstransistor Q1 benötigt wird. Siehe meinen Kommentar unten zu meiner Interpretation.

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Bearbeiten 2: Johnson-Rauschen

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Die Berechnung der Photon-Rückseite der Hüllkurve legt nahe, dass das Johnson-Rauschen des Eingangswiderstands wahrscheinlich selbst bei großen Werten kein Problem darstellt, wenn 0,1 % (des Ausgangsbereichs) Rauschen am Ausgang akzeptabel ist:

v r m s = 10 × R Δ f × 10 − 9 in Volt

Für Veff = 0,005 V und 70 kHz:

R = ( v r m s 1.3 × Δ f × 10 9 ) 2 = 211 G Ω

Es ist eine seltsame Ergänzung, wenn man bedenkt, dass "dieselbe" Schaltung ohne den 200R-Widerstand gezeigt wird, wenn man als Strommessgerät bis zu Versorgungsspannungen von 44 V arbeitet. Vielleicht zeigen Sie die beiden nebeneinander, damit die Leute nicht annehmen, dass es etwas mit Vorspannungsströmen zu tun hat.
@Andyaka Danke für den Vorschlag. Das macht die Sache in der Tat übersichtlicher.
Ja, das Erhöhen der 200 Ohm auf 10 k hat einen Nachteil - die Schaltung wird mit ziemlicher Sicherheit oszillieren, weil Sie die Verstärkung hinzugefügt haben. Derzeit bedeutet der Kollektorwiderstand des BJT, dass er den Operationsverstärkerausgang um 10: 1 dämpft - dies bedeutet Happy-Stabilität. Wenn der Kollektorwiderstand über 2 kOhm geht, steigt die Verstärkung von Q1 über die Einheit und könnte kurz davor stehen, dass der LT1637 aufgrund der Rückkopplung zu + Vin (negative Rückkopplung aufgrund der Kollektorinversion) instabil wird - nicht höher als 2 k, aber Sie können R2 machen größer (sagen wir) 20k und verwenden Sie eine 2k für R1. Fazit: Ich habe es noch nie benutzt, daher bin ich mir etwas unsicher.
@Kaz Wie bekommst du Vout = 0,2 Ohm x Iload? Ich bekomme
v Ö u t = ich l Ö a d × R s × R 2 R 1
Für die angegebenen Werte ergibt das den behaupteten Faktor von 2 Ohm.
@Kaz Ihre Frage bezüglich der Notwendigkeit des Transistors hat mich ratlos gemacht. Obwohl ich glaube zu wissen, warum es benötigt wird: Mit dem Transistor wird der Strom, der R2 antreibt, durch R1 gespeist, wodurch die Spannung am Verstärkereingang gesenkt wird. - Wenn kein externer Transistor verwendet würde, würde der Strom zum Ansteuern von R2 von der Versorgung des Operationsverstärkers über Q25 bezogen werden. Was denken Sie?

Antworten (1)

Der 200-Ohm-Widerstand am invertierenden Eingang hat bei einem idealen Operationsverstärker, der keinen Eingangsstrom hat, keine Wirkung.

Echte Operationsverstärker benötigen jedoch einen (sehr kleinen) Vorspannungsstrom und haben auch Offset-Ströme, die vom nicht invertierenden Eingang zum invertierenden Eingang fließen.

Aufgrund des Offset-Stroms ist es in einer Präzisionsschaltung am besten, gleiche Impedanzen zu haben, die die beiden Eingänge des Operationsverstärkers speisen.

Beim LT1637 mit 5 V Versorgung könnte der Offsetstrom bis zu 15 nA betragen. Wenn die Eingangsimpedanzen nicht symmetrisch wären, könnte dies einen Fehler von bis zu 3 uV verursachen, was einem Fehler in der Strommessung von 15 uA entspricht.

Gibt es einen Nachteil bei der Dimensionierung der 200-Ohm-Widerstände als zB 10k?

Es gibt kein wirkliches Problem mit einer kleinen Änderung dieses Widerstandswerts (z. B. auf 211 Ohm oder so), aber auch keinen Vorteil.

Wenn Sie den R1-Widerstand auf 10 kOhm erhöhen würden, würde ich mir Sorgen über das vom Widerstand erzeugte Johnson-Rauschen machen. Aber ich habe mir die Effekte nicht genau angesehen, und natürlich hängt das maximal akzeptable Rauschen von Ihren Anforderungen auf Systemebene ab.

Danke dir. Das Offset-Stromproblem war mir nicht bewusst. Ich bin immer noch etwas verwirrt, da, wie Andy aka darauf hingewiesen hat, einer Schaltung, die unmittelbar nach dieser vorgestellt wird, der zweite Eingangswiderstand fehlt. - Obwohl das vielleicht einfach ein Versehen ist.
Sie können den Offset-Strom auch nur als Differenz zwischen den beiden Bias-Strömen betrachten. Ich denke, die zweite Schaltung ist nur für Fälle konzipiert, in denen ein paar uA Fehler nicht wichtig sind ... aber vielleicht gibt es etwas, das ich nicht in Betracht ziehe, also werde ich das meiner Antwort noch nicht hinzufügen.
Ich bin nicht davon überzeugt, dass es sich um eine Eingangsstrombalance-Sache handelt, aber ich habe Mühe, es als etwas anderes zu sehen - es gibt eine nahezu identische Schaltung auf derselben Verbindung, die sie nicht verwendet, und sie gibt vor, einen Versorgungsspannungsbereich von 3 V bis 44 V zu haben . Das Gleiche gilt, wenn Sie sich das Gerätedatenblatt im Gegensatz zur App-Notiz ansehen.
@Andyaka, beachten Sie, dass der erste Stromkreis den Operationsverstärker mit derselben Versorgung wie die Last betreibt. Die zweite Schaltung soll die "Over-the-Top" -Eingabefähigkeit des Operationsverstärkers ankündigen - sie wurden in diesem Fall möglicherweise einfach nicht für die gleiche Genauigkeit entwickelt.
@ThePhoton Ich höre, was du sagst, aber mich stört etwas, das ich nicht genau sagen kann!!!
In Bezug auf das Problem des Johnson-Rauschens: Was wäre die relevante Bandbreite für die Berechnung des thermischen Rauschens? Mein Gefühl ist, dass es in diesem Bereich zwischen 100 kHz oder 200 kHz liegen sollte, da A >> 1 und somit das thermische Rauschen nicht gedämpft wird. Dies würde etwa 2 µV RMS thermisches Rauschen ergeben, was 10 µA RMS Stromerfassungsrauschen entspricht? - Bin ich damit auf dem richtigen Weg?
@Max, um schnell eine Antwort zu erhalten, würde ich eine Simulation in LTSpice einrichten, eine Wechselstromquelle in Reihe mit dem Widerstand hinzufügen und eine Wechselstromsimulation ausführen, um herauszufinden, welche Frequenzen das Rauschen durchlässt. Berücksichtigen Sie auch die Bandbreite der Downstream-Schaltung.
@ThePhoton Ich habe die vorgeschlagene Simulation ausgeführt (siehe bearbeitetes OP). Nun zur Interpretation der Ergebnisse. Sollte ich Folgendes tun, um das Rauschen im Vsense zu erhalten?
RMS-Rauschen von  v s e n s e = ∫ 0 ∞ 0,13 R f d f  (in NV)
Ich kenne Ihre Formel nicht, aber sie könnte korrekt sein - fügen Sie einfach einen zusätzlichen Faktor für die Schaltungsantwort (aus Ihrer Simulation) innerhalb des Integrals hinzu. Oder nehmen Sie für Back-of-the-Envelope-Zwecke einfach sqrt (70 kHz) mal das Johnson-Rauschen (in nV / rtHz).
Warum einen Eingangswiderstand in dieser Strommessschaltung verwenden?
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