Elija los mejores valores (en términos de rango) para las resistencias en este circuito de amplificación operativa que no invierte

Como has descubierto, la ganancia es solo una función de la relación de las dos resistencias. Por lo tanto, a primera vista, 2 kΩ / 1 kΩ y 2 MΩ / 1 MΩ son equivalentes. Lo son, idealmente, en términos de ganancia, pero hay otras consideraciones.

La mayor consideración obvia es la corriente que las dos resistencias toman de la salida. A 15 V, la combinación 2kΩ / 1kΩ presenta una carga de 3 kΩ y dibujará (15 V) / (3 kΩ) = 5 mA. La combinación 2MΩ / 1MΩ también dibujará 5 µA.

¿Qué importa esto? Primero, debe considerar si el opamp puede incluso generar 5 mA además de la carga que desee que conduzca. Quizás 5 mA no sea un problema, pero obviamente hay un límite en alguna parte. ¿Puede fuente 50 mA? Tal vez, pero probablemente no. No puedes seguir reduciendo R1 y R2, incluso manteniendo su relación igual, y hacer que el circuito continúe funcionando.

Incluso si el opamp puede suministrar la corriente para el valor R1 + R2 que eligió, debe considerar si desea gastar esa corriente. Esto puede ser un problema real en un dispositivo con batería. El drenaje continuo de 5 mA puede ser mucho más que lo que necesita el resto del circuito, y la razón principal para la corta duración de la batería.

También hay otros límites a altas resistencias. Los nodos de alta impedancia en general son más susceptibles a captar ruido, y la resistencia de alto valor tiene más ruido inherente.

Ninguna opamp es perfecta, y su impedancia de entrada no es cero. Los divisores R1 y R2 forman una fuente de voltaje de impedancia R1 // R2 que impulsa la entrada inversora del opamp. Con 2MΩ / 1MΩ, esta combinación paralela es de 667 kΩ. Eso debe ser pequeño en comparación con la impedancia de entrada del opamp, de lo contrario habrá un error de compensación significativo. También se debe tener en cuenta la corriente de polarización de entrada opamp. Por ejemplo, si la corriente de polarización de entrada es de 1 µA, la tensión de desplazamiento causada por la fuente de 667 kΩ que impulsa la entrada es de 667 mV. Ese es un gran error que probablemente no sea aceptable.

Otro problema con la alta impedancia es el bajo ancho de banda. Siempre habrá alguna capacitancia parasitaria. Digamos, por ejemplo, que la red conectada a las dos resistencias y la entrada inversora tiene una capacitancia de 10 pF a tierra. Con 667 kΩ conduciéndolo, tiene un filtro de paso bajo a solo 24 kHz. Eso puede ser aceptable para una aplicación de audio, pero un problema grave en muchas otras aplicaciones. Es posible que obtenga una ganancia mucho menor en frecuencias altas de lo que espera del producto de ancho de banda de ganancia del opamp y la ganancia de retroalimentación.

Como con todo en ingeniería, es una compensación. Tienes dos grados de libertad en la elección de las dos resistencias. La ganancia que quieres solo baja un grado. Tienes que intercambiar los requisitos actuales y la impedancia de salida para decidir el segundo.

Como se mencionó anteriormente, las resistencias de retroalimentación de bajo valor tienen una corriente relativamente alta que el amplificador debe controlar. En un amplificador inversor, Rin establece la impedancia de entrada, por lo que es mejor no tener un valor demasiado bajo porque la fuente de la señal debe controlar esto.

En el otro extremo de la escala, las resistencias muy grandes no solo generan ruido (térmico o ruido de Johnson), sino que, debido a la capacidad natural * de la parte, forman un filtro en el circuito de retroalimentación, que en el peor de los casos puede socavar La estabilidad del bucle del amplificador. Aparte de cambiar la respuesta de CA de su circuito en formas interesantes y de jalar el cabello, este efecto empeora con ganancias más bajas y con ganancias por debajo de 4 (típicamente, depende del amplificador específico) puede ser muy doloroso. De hecho, hay numerosos amplificadores diseñados específicamente para tener una ganancia mínima y son inestables por debajo de esta ganancia (las ventajas incluyen mejores especificaciones de transitorios).

Como regla general, limito las resistencias de realimentación a no más de ~ 220k para las configuraciones de inversión o de no inversión. Si esto no produce suficiente ganancia, use una etapa de ganancia adicional.

Hay trucos que se pueden hacer (una red T de resistencias en el circuito de retroalimentación es bien conocida) para aumentar la ganancia de una sola etapa, pero los amplificadores son baratos y ocupan espacio insignificante.

En la inversión de topologías, la elección del resistor de realimentación depende principalmente de los requisitos de la fuente de señal que establece el tamaño del resistor de entrada (generalmente mínimo).

• Esto queda claro cuando uno define la capacitancia como existente entre dos puntos cualquiera de potencial eléctrico diferente

HTH

Para dar una respuesta realmente corta: algo en el rango de decenas de kΩ s probablemente será bueno (con la mayoría de los modelos de amplificador OP y para la mayoría de las aplicaciones). Pruebe 40 kΩ para R ₁ y 20 kΩ para R ₂ .

Por supuesto, esto no es ideal en todas las circunstancias, pero generalmente debería funcionar bien con una compensación razonable entre el consumo de energía y el nivel de ruido. Olin Lanthrop y Peter Smith han explicado en detalle qué desventajas obtiene con valores de resistencia demasiado altos o demasiado bajos.