이 비 반전 연산 증폭기 회로에서 저항에 대해 더 나은 값 (범위 기준)을 선택하십시오.

요즘에는 연산 증폭기를보고 있습니다. 내가 본 것에서, 회로에서 그것들을 구현하는 것은 적어도 "비 반전"으로 연결될 때 아주 간단하다. 두 개의 저항 R1과 R2를 계산하여 이득 / 증폭을 결정할 수 있습니다 (R2를 "피드백 저항"이라고해야합니까?)

(이미지는 http://mustcalculate.com/electronics/noninvertingopamp.php 에서 가져온 것입니다 .)

내 질문이 어디에 있는지 설명하는 실용적인 예를 들어 보겠습니다.

내 예제에서는 "비 반전 증폭기"로 op-amp (예 : "rail to rail"인 TLV272) 를 구현하기로 결정했습니다 . 그런 다음 10 볼트에서 15 볼트의 전압을 높이고 싶습니다 (확실히 말하면, 15 볼트의 전원 공급 장치로 op 앰프에 공급할 것입니다). 음 : 방정식에 의해 R1의 경우 20kΩ, R2의 경우 10kΩ의 값을 선택해야합니다. 이는 3.522dB (전압 게인 1.5)의 증폭과 같습니다.

OK, 그러나 R1을 200kΩ으로, R2를 100kΩ으로 선택하여 동일한 작업을 수행하거나 R1을 200MΩ 및 R2를 100MΩ (또는 완전히 반대의 경우 : R1 2 밀리 옴 및 R2 1)까지 늘릴 수 있습니다. 밀리 옴) :이 모든 경우에 나는 여전히 1.5의 이득을 가질 것이지만, 값의 관점에서 완전히 다른 범위의 저항으로.

이 저항을 어떻게 선택 해야하는지 기준 (범위 측면에서)을 이해할 수 없습니다. 이 기준은 연산 증폭기가 입력에서 조작해야하는 신호 종류와 관련이있을 수 있습니다. 아니면 다른 무엇입니까? 그리고 실제 예에서 "R1 = 2 kΩ R2 = 1 kΩ"및 "R1 = 200 MΩ R2 = 100 MΩ"을 사용하여 신호를 증가 시키면 차이는 무엇입니까?

편집 : 내 문법을 수정하기 위해 내 질문이 편집 된 것을 보았습니다. 감사합니다. 철자가 잘못되어 죄송하지만 영어는 제 주요 언어가 아닙니다. 다음에는 문법을보다 정확하게하기 위해 노력할 것입니다.

알다시피, 게인은 두 저항 의 비율 의 함수 일뿐 입니다. 따라서 언뜻보기에 2kΩ / 1kΩ 및 2MΩ / 1MΩ은 같습니다. 그것들은 이상적으로는 이득 측면에서 있지만 다른 고려 사항이 있습니다.

가장 큰 고려 사항은 두 저항이 출력에서 ​​끌어 오는 전류입니다. 15V 출력에서 ​​2kΩ / 1kΩ 조합은 3kΩ의 부하를 나타내며 (15V) / (3kΩ) = 5mA를 끌어옵니다. 2MΩ / 1MΩ 조합도 마찬가지로 5µA 만 소비합니다.

이게 무슨 상관이야? 먼저, opamp가 원하는로드 외에 5mA를 소싱 할 수 있는지 고려해야합니다. 아마도 5 mA는 문제가 없지만 어딘가에 한계가 있습니다. 50mA를 소싱 할 수 있습니까? 어쩌면 아닐 수도 있습니다. R1과 R2를 계속 낮추거나 비율을 동일하게 유지하면서 회로가 계속 작동하도록 할 수는 없습니다.

opamp가 선택한 R1 + R2 값에 전류를 공급할 수 있더라도 해당 전류를 소비할지 여부를 고려해야합니다. 이것은 배터리로 작동하는 장치에서 실제로 문제가 될 수 있습니다. 5mA 연속 드레인은 나머지 회로 요구량보다 훨씬 많을 수 있으며 배터리 수명이 짧은 주요 원인입니다.

높은 저항에는 다른 한계도 있습니다. 일반적으로 고 임피던스 노드는 노이즈를 포착하는 데 더 취약하며 고 가치 저항은 고유 한 노이즈를 갖습니다.

완벽한 opamp는 없으며 입력 임피던스는 0이 아닙니다. R1 및 R2 분배기는 연산 증폭기의 반전 입력을 구동하는 임피던스 R1 // R2의 전압원을 형성한다. 2MΩ / 1MΩ에서이 병렬 조합은 667kΩ입니다. 이는 연산 증폭기의 입력 임피던스에 비해 작아야하며 그렇지 않으면 상당한 오프셋 오류가 발생합니다. 연산 증폭기 입력 바이어스 전류도 고려해야합니다. 예를 들어, 입력 바이어스 전류가 1µA 인 경우 입력을 구동하는 667kΩ 소스로 인한 오프셋 전압은 667mV입니다. 받아 들일 수없는 큰 오류입니다.

높은 임피던스의 또 다른 문제는 낮은 대역폭입니다. 기생 용량이 항상 있습니다. 예를 들어 네트가 두 개의 저항에 연결되고 반전 입력은 10 pF 정전 용량이 접지에 있다고 가정 해 봅시다. 667kΩ으로 구동하면 24kHz에서만 저역 통과 필터를 사용할 수 있습니다. 오디오 응용 프로그램에는 적합하지만 다른 많은 응용 프로그램에서는 심각한 문제가 될 수 있습니다. opamp의 이득 대역폭 곱과 피드백 이득에서 기대하는 것보다 고주파에서 이득이 훨씬 적을 수 있습니다.

엔지니어링의 모든 것과 마찬가지로 절충입니다. 두 개의 저항을 선택할 때 두 가지 자유도가 있습니다. 원하는 게인은 1도 정도만 떨어집니다. 두 번째 사항을 결정하려면 전류 요구 사항과 출력 임피던스를 절충해야합니다.

위에서 언급했듯이, 낮은 값의 피드백 저항은 앰프가 구동 해야하는 전류가 비교적 높습니다. 인 버팅 증폭기에서 Rin은 입력 임피던스를 설정하므로 신호 소스가이를 구동해야하므로 값을 너무 낮추지 않는 것이 가장 좋습니다.

스케일의 다른 쪽 끝에서 매우 큰 저항은 노이즈 (열 또는 Johnson 노이즈)를 발생시킬뿐만 아니라 부품의 고유 커패시턴스 *로 인해 피드백 루프에 필터를 형성하여 최악의 경우 루프 안정성을 저하시킬 수 있습니다. 앰프의. 흥미롭고 머리카락을 당기는 방식으로 회로의 AC 응답을 변경하는 것과는 별도로,이 효과는 낮은 게인에서 나 빠지고 4 미만 (일반적으로 특정 증폭기에 따라 다름)의 게인에서는 상당히 고통스럽게 물릴 수 있습니다. 실제로, 최소 게인을 가지도록 특별히 설계된 수많은 증폭기가 있으며이 게인보다 불안정합니다 (장점은 더 나은 과도 사양을 포함합니다).

일반적으로, 반전 또는 비 반전 구성의 경우 피드백 저항을 ~ 220k 이하로 제한합니다. 그래도 충분한 게인을 얻지 못하면 추가 게인 단계를 사용하십시오.

단일 스테이지의 이득을 높이기 위해 수행 할 수있는 트릭 (피드백 루프의 T 저항 네트워크는 잘 알려진 기술)이 있지만 앰프는 저렴하고 무시할만한 공간을 차지합니다.

인 버팅 토폴로지에서 피드백 저항의 선택은 주로 입력 저항 (일반적으로 최소) 크기를 설정하는 신호 소스의 요구 사항에 따라 결정됩니다.

• 이것은 전위가 다른 두 지점 사이에 존재하는 것으로 커패시턴스를 정의 할 때 분명해진다

HTH

실제로 짧은 대답을 제공하려면 수십 kΩ 범위의 것이 좋을 것입니다 (대부분의 OP 앰프 모델과 대부분의 응용 프로그램에서). 시도 40 kΩ보다 R에 대한 ₁ 과 20 kΩ의 R에 대한 ₂ .

이것은 물론 모든 상황에 이상적이지는 않지만 일반적으로 전력 소비와 소음 수준 사이의 합리적인 균형을 유지하면 정상적으로 작동합니다. Olin Lanthrop과 Peter Smith는 저항 값이 너무 높거나 너무 낮은 단점에 대해 자세히 설명했습니다.