เลือกค่าที่ดีกว่า (ในแง่ของช่วง) สำหรับตัวต้านทานในวงจร op-amp ที่ไม่มีการสลับกลับ

วันนี้ฉันกำลังมองหาเครื่องขยายเสียงสำหรับการใช้งาน จากสิ่งที่ฉันได้เห็นการใช้พวกมันในวงจรนั้นค่อนข้างง่ายอย่างน้อยก็เมื่อพวกเขาเชื่อมต่อกันเป็น "ไม่แปลงกลับ" การพิจารณาการขยาย / การขยายเป็นไปได้โดยการคำนวณตัวต้านทานสองตัว R1 และ R2 (ควรเรียกว่า R2 "ตัวต้านทานตอบกลับ" หรือไม่)

(ภาพนี้ถ่ายจากhttp://mustcalculate.com/electronics/noninvertingopamp.php )

ให้ฉันทำตัวอย่างเชิงปฏิบัติเพื่ออธิบายว่าคำถามของฉันอยู่ที่ไหน:

ในตัวอย่างของฉันฉันเลือกที่จะใช้ op-amp (ตัวอย่างเช่นTLV272ซึ่งเป็น "rail to rail") เป็น "เครื่องขยายเสียงแบบไม่กลับหัว" จากนั้นฉันต้องการเพิ่มแรงดันไฟฟ้า 10 โวลต์เป็น 15 โวลต์ (เพื่อให้แน่ใจว่าฉันจะป้อนแอมป์ด้วยแหล่งจ่ายไฟ 15 โวลต์) ดี: โดยสมการฉันต้องเลือกค่า 20 kΩสำหรับ R1 และค่า 10 kΩสำหรับ R2 ซึ่งเท่ากับการขยาย 3.522 dB (แรงดันไฟฟ้าเพิ่ม 1.5)

ตกลง แต่ฉันสามารถทำเช่นเดียวกันได้โดยเลือก R1 เป็น 200 kΩและ R2 เป็น 100 kΩหรือเพิ่มค่าเหล่านี้จนกระทั่ง R1 ของ 200 MΩและ R2 ของ 100 MΩ (หรือตรงข้ามโดยสิ้นเชิง: R1 จาก 2 milliohm และ R2 ของ 1 milliohm): ในกรณีเหล่านี้ทั้งหมดฉันจะยังคงได้รับ 1.5 แต่ด้วยตัวต้านทานช่วงต่าง ๆ โดยสิ้นเชิงในแง่ของค่า

ฉันไม่เข้าใจเกณฑ์ (ในแง่ของช่วง) ว่าควรเลือกตัวต้านทานเหล่านี้อย่างไร บางทีเกณฑ์นี้อาจเกี่ยวข้องกับชนิดของสัญญาณที่ op-amp จะต้องจัดการกับอินพุตของเขา? หรืออะไรอีก และในตัวอย่างจริงซึ่งจะแตกต่างกันถ้าฉันเพิ่มสัญญาณโดยใช้ "R1 = 2 kΩ R2 = 1 kΩ" และ "R1 = 200 MΩ R2 = 100 MΩ"?

แก้ไข: ฉันเห็นว่าคำถามของฉันได้รับการแก้ไขแล้วและเพื่อแก้ไขไวยากรณ์ของฉัน: ขอบคุณ ฉันขอโทษสำหรับการสะกดผิดของฉัน แต่ภาษาอังกฤษไม่ใช่ภาษาหลักของฉัน ครั้งต่อไปฉันจะพยายามให้ถูกต้องมากขึ้นในไวยากรณ์ของฉัน

ตามที่คุณได้คิดออกอัตราขยายจะเป็นเพียงฟังก์ชันของอัตราส่วนของตัวต้านทานสองตัว ดังนั้นเมื่อเหลือบมองครั้งแรก 2 kΩ / 1 kΩและ 2 MΩ / 1 MΩจึงเทียบเท่ากัน ในแง่ของกำไร แต่ก็มีข้อควรพิจารณาอื่น ๆ

ข้อพิจารณาที่ชัดเจนที่สุดคือกระแสที่ตัวต้านทานทั้งสองดึงออกมาจากเอาท์พุท ที่ 15 V out ชุดค่าผสม2kΩ / 1kΩนำเสนอโหลด 3 kΩและจะดึง (15 V) / (3 kΩ) = 5 mA ชุดค่าผสม2MΩ / 1MΩจะวาดเพียง 5 µA เท่านั้น

สิ่งนี้สำคัญอย่างไร ก่อนอื่นคุณต้องพิจารณาว่า opamp สามารถหาแหล่งที่มา 5 mA นอกเหนือจากภาระใด ๆ ที่คุณต้องการให้ขับได้หรือไม่ บางที 5 mA นั้นไม่มีปัญหา แต่เห็นได้ชัดว่ามีข้อ จำกัด บางแห่ง สามารถจ่าย 50 mA ได้หรือไม่? อาจจะ แต่อาจจะไม่ คุณไม่สามารถลด R1 และ R2 ให้ต่ำลงได้แม้จะรักษาอัตราส่วนเดิมไว้และทำให้วงจรทำงานต่อไป

แม้ว่า opamp สามารถจัดหากระแสสำหรับค่า R1 + R2 ที่คุณเลือกได้คุณต้องพิจารณาว่าคุณต้องการใช้กระแสไฟฟ้านั้นหรือไม่ นี่อาจเป็นปัญหาจริงในอุปกรณ์ที่ใช้แบตเตอรี่ การระบายน้ำอย่างต่อเนื่อง 5 mA อาจมากกว่าความต้องการวงจรส่วนที่เหลือเป็นจำนวนมากและเหตุผลหลักสำหรับอายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่สั้น

มีข้อ จำกัด อื่น ๆ เช่นกันที่ความต้านทานสูง โดยทั่วไปแล้วโหนดความต้านทานสูงจะไวต่อการรับเสียงและตัวต้านทานที่มีมูลค่าสูงจะมีสัญญาณรบกวนโดยธรรมชาติมากกว่า

opamp ไม่สมบูรณ์แบบและอิมพีแดนซ์อินพุตไม่เป็นศูนย์ ตัวแบ่ง R1 และ R2 สร้างแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าของอิมพิแดนซ์ R1 // R2 ขับอินพุตขากลับของ opamp ด้วย2MΩ / 1MΩการรวมกันแบบขนานนี้คือ 667 kΩ ที่จะต้องมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับความต้านทานอินพุตของ opamp อื่นจะมีข้อผิดพลาดชดเชยอย่างมีนัยสำคัญ ต้องคำนึงถึงความลำเอียงอินพุตของแอมป์ปัจจุบัน ตัวอย่างเช่นหากกระแสไบแอสของอินพุตเป็น 1 µA แรงดันออฟเซ็ตที่เกิดจากแหล่งกำเนิด 667 kΩในการขับเคลื่อนอินพุตนั้นคือ 667 mV นั่นเป็นข้อผิดพลาดที่ไม่น่าจะยอมรับได้

ปัญหาอื่นที่มีความต้านทานสูงคือแบนด์วิดท์ต่ำ จะมีความสามารถในการกาฝาก สมมติว่าตัวอย่างเช่นตาข่ายที่เชื่อมต่อกับตัวต้านทานสองตัวและอินเวอร์เตอร์อินพุทมีความจุ 10 pF สู่พื้น ด้วยการขับ 667 kΩคุณจะมีตัวกรองสัญญาณความถี่ต่ำที่เพียง 24 kHz นั่นอาจเป็นที่ยอมรับสำหรับแอปพลิเคชันเสียง แต่เป็นปัญหาร้ายแรงในแอปพลิเคชันอื่น ๆ คุณอาจได้รับกำไรน้อยกว่ามากที่ความถี่สูงกว่าที่คุณคาดหวังจากผลิตภัณฑ์ gain-bandwidth ของ opamp และกำไรจากการตอบรับ

เช่นเดียวกับทุกอย่างในงานวิศวกรรมมันเป็นข้อเสียเปรียบ คุณมีอิสระสององศาในการเลือกตัวต้านทานสองตัว กำไรที่คุณต้องการเพียงเล็บลงหนึ่งองศา คุณต้องแลกเปลี่ยนความต้องการในปัจจุบันและความต้านทานเอาต์พุตเพื่อตัดสินใจเลือกที่สอง

ดังกล่าวข้างต้นตัวต้านทานความคิดเห็นค่าต่ำมีกระแสค่อนข้างสูงซึ่งแอมป์ต้องขับ ในแอมพลิฟายเออร์ที่กลับด้าน Rin จะตั้งค่าอิมพิแดนซ์อินพุตดังนั้นจึงเป็นการดีที่สุดที่จะไม่มีค่าต่ำเกินไปเนื่องจากแหล่งสัญญาณต้องขับสิ่งนี้

ที่ปลายอีกด้านของตัวต้านทานขนาดใหญ่มากไม่เพียง แต่สร้างเสียงรบกวน (ความร้อนหรือเสียงรบกวนจากจอห์นสัน) แต่เนื่องจากความจุตามธรรมชาติ * ของชิ้นส่วนพวกมันจะสร้างตัวกรองในห่วงข้อเสนอแนะซึ่งที่แย่ที่สุด ของเครื่องขยายเสียง นอกเหนือจากการเปลี่ยนการตอบสนองของวงจรของคุณด้วยวิธีที่น่าสนใจและดึงผมแล้วเอฟเฟกต์นี้จะแย่ลงเมื่อได้รับต่ำกว่าและที่ต่ำกว่า 4 (โดยทั่วไปขึ้นอยู่กับแอมพลิฟายเออร์เฉพาะ) แท้จริงแล้วมีตัวขยายสัญญาณจำนวนมากที่ออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อให้ได้รับผลตอบแทนขั้นต่ำและไม่เสถียรต่ำกว่าอัตราขยายนี้

ตามกฎทั่วไปฉัน จำกัด ตัวต้านทานป้อนกลับไม่เกิน ~ 220k สำหรับการกำหนดค่าแบบกลับด้านหรือไม่กลับด้าน หากสิ่งนี้ไม่ได้รับผลตอบแทนที่เพียงพอให้ใช้สเตจกำไรเพิ่ม

มีเทคนิคหนึ่งที่สามารถทำได้ (เครือข่ายตัวต้านทานของ T ในวงป้อนกลับเป็นที่รู้จักกันดี) เพื่อเพิ่มผลประโยชน์ของสเตจเดียว แต่แอมพลิฟายเออร์มีราคาถูกและใช้พื้นที่น้อยมาก

ในการสลับโทโพโลยีตัวเลือกของตัวต้านทานป้อนกลับจะถูกขับเคลื่อนโดยความต้องการของแหล่งสัญญาณซึ่งกำหนดขนาดตัวต้านทานอินพุต (โดยปกติแล้วจะน้อยที่สุด)

• สิ่งนี้จะชัดเจนเมื่อกำหนดความจุที่มีอยู่ระหว่างจุดสองจุดใด ๆ ของศักย์ไฟฟ้าที่แตกต่างกัน

HTH

เพื่อให้คำตอบสั้น ๆ จริง ๆ : สิ่งที่อยู่ในช่วงหลายสิบ kΩs น่าจะดี (กับรุ่น OP-amp ส่วนใหญ่และสำหรับการใช้งานส่วนใหญ่) ลอง 40 kΩ สำหรับ R ₁ และ 20 kΩ สำหรับ R ₂ 2

ซึ่งแน่นอนว่าไม่เหมาะในทุกสถานการณ์ แต่โดยปกติแล้วควรทำงานได้ดีกับการแลกเปลี่ยนที่สมเหตุสมผลระหว่างการใช้พลังงานและระดับเสียง Olin Lanthrop และ Peter Smith ได้อธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับข้อเสียที่คุณได้รับด้วยค่าความต้านทานสูงหรือต่ำเกินไป