여기서 이득은 A = -R f / Rin입니다. 그러나 10V / V의 이득을 원한다고 가정 해 봅시다. 어떤 저항 값을 선택하고 왜 선택합니까?
이 저항에 대해 무한한 조합을 가질 수는 있지만 특정 값을 사용하는 이유는 무엇입니까? 즉, R f = 100Mohm, R in = 10Mohm은 10V / V의 이득을 제공하지만 R f = 10 ohm 및 R in = 1 ohm은 10V / V의 이득을 제공합니다. 디자인에 어떤 차이가 있습니까?
내 생각에 높은 값의 저항은 정확하지 않으므로 정확한 이득을 얻지 못하고 낮은 값의 저항을 사용하면 소스 (V in ) 에서 더 높은 전류를 싱크 합니다. 다른 이유가 있습니까? 또한 내가 옳고 그름인지 알려주세요.
답변:
매우 큰 저항과 매우 작은 저항을 선택하면 오류가 발생합니다. 이들은 일반적으로 구성 요소의 비 이상적인 동작 (즉, Op-Amp) 또는 기타 설계 요구 사항 (예 : 전력 및 열)을 처리합니다.
작은 저항은 연산 증폭기가 작동하기 위해 적절한 전압 강하를 제공하기 위해 훨씬 더 높은 전류가 필요하다는 것을 의미합니다. 대부분의 연산 증폭기는 10의 mA를 제공 할 수 있습니다 (자세한 내용은 연산 증폭기 데이터 시트 참조). 연산 증폭기가 많은 증폭기를 제공 할 수 있더라도 저항에서 많은 열이 발생하여 문제가 될 수 있습니다.
반면에 큰 저항은 Op-Amp 입력 단자의 비 이상적인 동작을 다루는 두 가지 문제가 있습니다. 즉, 이상적인 연산 증폭기는 입력 임피던스가 무한하다고 가정합니다. 물리학은 무한대를 좋아하지 않으며 실제로 입력 단자에 약간의 유한 전류가 흐릅니다. 크거나 (마이크로 암페어) 작거나 (피코 암페어가 거의 없음) 0이 아닙니다. 이것을 Op- 앰프 입력 바이어스 전류 라고합니다 .
입력 단자가 두 개이기 때문에 문제가 더 심해지며 입력 단자 전류가 정확히 동일한 지 여부는 없습니다. 이 차이를 입력 오프셋 전류 라고 하며 이는 일반적으로 입력 바이어스 전류에 비해 상당히 작습니다. 그러나 입력 바이어스 전류 (아래 설명)보다 더 성가신 방식으로 매우 큰 저항으로 문제가 될 것입니다.
이 두 가지 효과를 포함하도록 회로를 다시 그렸습니다. 여기서 op-amp는 "이상적인"것으로 가정하고 (여기서 무시하고있는 다른 비 이상적인 행동이 있습니다) 이러한 비 이상적인 행동은 이상적인 소스로 모델링되었습니다.
이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도
추가 저항 R2가 있습니다. 귀하의 경우, R2는 매우 작으므로 (제로에 접근) 작은 저항 전류에 작은 바이어스 전류 I2는 R2에서 매우 작은 전압입니다.
그러나, R1 및 R3이 매우 큰 경우, 반전 입력으로 흐르는 전류는 I1과 동일한 순서로 (또는 더 나쁘게) 매우 작습니다. 이것은 회로가 제공 할 이득을 버릴 것입니다 (수학적 파생을 독자에게 연습으로 남겨 두겠습니다 : D)
큰 바이어스 전류가 있기 때문에 모든 것이 손실되지는 않습니다! R2를 R1 || R3 (병렬 조합)과 같게하면 어떤 일이 발생하는지보십시오. I1과 I2가 서로 매우 근접한 경우 (낮은 입력 오프셋 전류) 입력 바이어스 전류의 영향을 무시할 수 있습니다! 그러나 이것은 입력 오프셋 전류의 문제를 해결하지 못하며 드리프트를 처리하는 방법에 대한 더 많은 문제가 있습니다.
입력 오프셋 전류에 대응하는 좋은 방법은 없습니다. 개별 부품을 측정 할 수 있지만 시간이 지남에 따라 부품이 표류합니다. 더 좋은 부품을 사용하거나 더 작은 저항을 사용하는 것이 좋습니다.
요약 : 중간 범위의 값을 선택하십시오. 이것이 의미하는 것은 다소 모호하므로 실제로 부품 선택, 데이터 시트보기 및 "충분한 것"을 결정해야합니다. 10의 옴은 좋은 출발점이 될 수 있지만 이것이 보편적 인 것은 아닙니다. 그리고 일반적으로 선택해야 할 이상적인 가치는 1이 아닐 것입니다. 모두 수용 가능한 결과를 제공 할 수있는 값 범위가있을 것입니다. 그런 다음 다른 매개 변수를 기반으로 사용할 값을 결정해야합니다 (예 : 이미 다른 값을 사용중인 경우 대량 주문 및 저렴하게 선택할 수 있음).
특정 연산 증폭기 회로에서 Rf 및 Rin 접합의 전압은 비 반전 입력의 전압과 동일합니다. 이것은 가상 지구라고합니다. 사실, 이것은 신호 (Vin)가 정확히 Rin의 입력 임피던스를 보게됨을 의미합니다. 또한 출력은 다른 것에 연결하지 않고 Rf 인 출력 부하를 구동해야 함을 의미합니다.
이 두 가지 사실은 일반적으로 Rf와 Rin이 매우 작지 않다는 것을 나타냅니다. 즉, 50ohm 이상입니다.
op-amp에는 하이 엔드 저항 값을 피해야한다는 다른 의미가 있습니다. 이것들은: -
지금은 이것으로 충분하다고 생각합니다!
먼저, 다이어그램은 질문의 제목과 같이 비 반전이 아닌 반전 증폭기입니다.
온도 계수가 낮고 저항 비가 좋은 공통 정밀 저항기는 게인을위한 좋은 비율과 더 나은 비율을 만드는 공통 저항기가 있습니다. 가능한 경우 정밀 부품을 사용하고 싶습니다. (폴리스티렌 정밀도 및 온도 안정성-인티 그레이터와 같은 연산 증폭기의 캡에도 동일합니다). 10K / 1K 또는 33K / 3.3K와 같습니다. 100K / 10K를 넘어 서면 저항은 회로의 작은 커패시턴스가 회로를 적분기 또는 미분기 (또는 저역 통과 필터)로 전환하기에 충분히 높아집니다.
매우 낮은 Rin 값은 입력을로드하고 높은 Rf 값은 출력 임피던스를 증가시킵니다. 이러한 문제는 쉽게 극복 할 수 있습니다. 대부분의 연산 증폭기 패키지에는 둘 이상의 OA가 있습니다. 전압 팔로워와 이득이있는 OA의 입력으로 하나를 사용하십시오. 전체 회로는 매우 높은 입력 임피던스를 제공하며 이득이있는 OA는 입력에서 매우 낮은 임피던스를보고 낮은 값 또는 Rin을 사용할 수 있습니다. 또한 출력에서 OA 팔로워를 사용하여 높은 구동 전류와 낮은 임피던스 출력을 가질 수 있습니다. 다음 회로 나 동축 케이블 등의 임피던스에 맞게 출력을 쉽게 구성 할 수도 있습니다. 저는 Rf에 고정밀 저 템포 저항기 또는 저 템포 포트 (또는 디지털 포트)를 사용하고 이득을 위해 트림하는 것을 좋아합니다.
나는 1M / 1K를 지진학을위한 저역 통과로 1000의 이득 (100 만 줄)을 위해 사용했지만, 이것은 몇 Hz의 대역폭이며 낮은 uA741에서도 작동합니다. LM308은 트림이 훨씬 덜 필요합니다. 좋은 현대 OA는 비교하면 훌륭합니다. Rf의 10M ~ 100M 영역에 들어가면 대역폭이 떨어지고 노이즈가 증가합니다.
"높은 값의 저항은 정확하지 않으므로 정확한 이득을 얻지 못할 것"이라는 주장은 일반적으로 그 자체로 는 사실이 아닙니다 (그러나 아래에서 논의 할 다른 이유로 프록시에 의해 사실임).
첫째, 비율 의 공차는 개별 저항의 공차보다 높습니다 . 정확한 게인을 원한다면 명심하십시오. 그러나 비율이 일정하면 공칭 저항 값으로 게인 공차가 증가 하지 않습니다 .
그러나 매우 큰 저항은 다른 이유로 인해 정밀도를 떨어 뜨립니다. 다른 답변에서 이미 언급 된 두 가지는 (i) 바이어스 및 오프셋 전류의 영향; (ii) 존슨 소음.
언급되지 않은 또 다른 이유는 매우 큰 저항이 특히 습도 및 / 또는 염분이 존재하는 환경 (예 : PCB)의 저항과 비교되기 시작하기 때문입니다. 이것은 않습니다 그들은 지금 그들을 둘러싼 무엇이든지와 병렬 회로으로 볼 수 있기 때문에 그들, 부정확합니다.
결론은 가능한 경우 1MOhm보다 큰 저항을 피하고 실제로 10MOhm 보다 큰 것은 피하십시오. 스펙트럼의 다른 쪽 끝에서 일반적으로 약 1k가 하한입니다.