Cambiar las resistencias en el amplificador operacional

Probablemente haya mejores configuraciones de ganancia op-opac cambiables si utiliza una topología de ganancia no inversora. Para empezar, las impedancias alrededor de las resistencias de realimentación y de conexión a tierra pueden ser mucho más bajas y, por lo tanto, las corrientes de fuga producidas por el interruptor analógico producen errores de voltaje de compensación significativamente más pequeños. Otra ventaja es que el interruptor analógico puede convertirse en un simple JFET si elige cambiar la ganancia conectando a tierra diferentes valores de resistencias: -

Puede tener varias versiones de Rg conectadas a tierra mediante JFET o interruptores analógicos. Tenga en cuenta que, en esta configuración, la selección de resistencia (por interruptores) no impone ninguna condición de cambio en la impedancia de entrada del amplificador.

Si insiste en que se use la topología de inversión, recomendaría que la conmutación esté en el bucle de realimentación y no tiene que preocuparse por romper el bucle: su ganancia máxima se establecerá mediante una resistencia conectada permanentemente del valor más alto y su (s) interruptor (es) conectaría más resistencias paralelas para reducir la ganancia - la impedancia de entrada en el circuito no se ve afectada por este método.

La atenuación es bastante simple: use un potenciómetro. Si la resistencia de salida no es aceptable, puede seguirla con un búfer:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

No hay muchos problemas con este enfoque: los amplificadores operacionales que tiene son probablemente unidad estable (consulte la hoja de datos).

Por supuesto, el problema es cómo ajustar el potenciómetro sin girar un botón, pero también hay una solución: un "potenciómetro digital". Puede encontrar cientos de ellos de cualquier proveedor de piezas con casi cualquier interfaz digital que desee.

El circuito superior es mejor en algunos aspectos, pero preferiría ver el interruptor directamente en la entrada del amplificador operacional y las resistencias del otro lado, lo que reducirá en gran medida la no linealidad (distorsión). Si el voltaje de entrada puede exceder el rango de la fuente de alimentación mux, debe tener cuidado con las resistencias 'desconectadas' que conducen la corriente a través de las redes de protección internas del chip y causan errores.

El circuito inferior podría ser una ventaja si necesita lidiar con voltajes relativamente altos (por ejemplo, 100 V) en la entrada.

En ambos casos, la resistencia del interruptor y las fugas entrarán en el presupuesto de error, así que tenga cuidado si se pretende que sea un circuito de precisión.

Editar: para expandir el problema de la no linealidad:

Hay dos términos de error: la resistencia constante del interruptor (varía de unidad a unidad y con la temperatura y la tensión de alimentación, pero ignoremos esos), y hay un componente variable que cambia con la tensión del interruptor con respecto a los rieles de tierra o de suministro . Conectar el interruptor a un punto de tierra virtual significa que la variación debida a la tensión se minimiza (tanto la tensión de entrada como la tensión de salida están cerca de 0 V si la resistencia del interruptor es baja en comparación con las resistencias, como debería ser). Conectarlo en el otro lado de las resistencias maximiza el cambio de voltaje (seguirá las entradas directamente) y así maximiza la distorsión.

Ninguno de estos es una buena idea, ya que la mayoría de los interruptores están 'break before make', por lo que, por un instante, en cada uno de esos casos, el camino será un circuito abierto. Muy malo para la resistencia de realimentación, ya que su ganancia aumentará y es probable que se golpee contra el riel y / o oscile. En su lugar, sugeriría cambiar la resistencia agregando otra resistencia en paralelo. Entonces, para un cambio de 2: 1, si el Rf fuera una resistencia de 100k, entonces agregar otros 100k en paralelo resultaría en 50k.

La relación de transferencia de la configuración de inversión es -R2 / R1; por lo que depende linealmente de R2 e hiperbólicamente de R1. Este es otro argumento a favor del segundo circuito de inversión (con una variable R2).

Otra fuente de error es la caída de voltaje variable en la resistencia conmutable debido a la corriente de polarización de entrada del amplificador operacional.

Si los interruptores analógicos conectados al punto de suma de la configuración de inversión tienen algo de corriente de entrada (como la corriente de base de los interruptores BJT antiguos), ingresará al punto de suma y se agregará a la corriente de entrada (otro error) .

La escalera R-2R (multiplicar DAC con salida de corriente, por ejemplo, el antiguo AD 7533) es un elemento adecuado para implementar una resistencia controlada digitalmente R1 (R2), y en consecuencia, un amplificador con una ganancia programable.

Hay dos tipos de diseños de amplificadores de ganancia conmutada: los que tienen corrientes de señal significativas que fluyen a través del conmutador y los que no lo hacen. Los conmutadores analógicos disponibles, como la familia DG de Intersil, etc., tienen los siguientes inconvenientes:

1. La resistencia del interruptor depende del voltaje absoluto de la señal; esto modula la ganancia de su circuito y agrega distorsión.

2. La resistencia del interruptor se puede compensar, en el mejor de los casos, con un factor de 10 usando otro interruptor en el mismo dado como referencia. La resistencia de los interruptores normalmente coincide con el 10% y el seguimiento de la temperatura debe ser similar en un dado.

Entonces, la solución es evitar todo eso. Esto también te permite utilizar interruptores potencialmente mucho más baratos.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Esto ayuda de la siguiente manera:

1. Las entradas del amplificador operacional tienen una impedancia alta, por lo que "no" fluye corriente a través del interruptor.

2. El conmutador transporta las corrientes de polarización / desviación del amplificador operacional. Si desea compensarlo, deje el SW3 del mismo paquete en serie con la entrada positiva. Ese interruptor estará cerrado en todo momento. Si el amplificador operacional tiene una corriente de compensación muy baja, puede eliminar SW3. Algunos amplificadores operacionales tienen corrientes "compensadas" descorrelacionadas y para el ruido más bajo no se debe usar una resistencia de fuente innecesaria en la "otra" entrada. La hoja de datos indicaría que.

3. Todos los interruptores "ven" el voltaje constante presente en la entrada positiva del amplificador operacional, y por lo tanto su resistencia no está modulada por la señal.

Por supuesto, nada es gratis. La ganancia de bucle abierto del op-amp se reduce, ya que ve una menor resistencia de carga en la salida; todos los divisores de ganancia cargan la salida en paralelo.

La selección juiciosa de U1 permite mantener el rendimiento satisfactorio con varios conmutadores. Si necesita más ganancias, factorice los enteros comunes y divida la ganancia entre dos etapas. Esto sería necesario para mantener el ancho de banda del sistema de todos modos, o para mantener el ruido bajo control al no tener que tener un GBW excesivo a bajas ganancias.

C1 es generalmente una buena idea, pero debe seleccionarse para que sus efectos estén lejos de la banda de paso. No desea que la resistencia variable del interruptor distorsione su señal.

De todas las respuestas anteriores, solo puedo estar de acuerdo en que la respuesta votada es mejor porque los interruptores o Fet's son casi lineales debido a su nivel básico.

Pero hay un problema que no se ha discutido anteriormente: si hay interruptores en el circuito de retroalimentación cerca de la entrada opamp, tienen que estar dispuestos en una PCB y están directamente acoplados a los pines más sensibles de la opamp: la entrada patas. Por experiencia, esto conduce a circuitos muy sensibles que captan el ruido fácilmente.

Este problema no existe en la solución provista al cambiar Rg a tierra en topologías sin inversión.