¿Elegir valores de resistencia para invertir el amplificador y por qué?

Hay desventajas con la elección de resistencias muy grandes y resistencias muy pequeñas. Por lo general, estos se relacionan con el comportamiento no ideal de los componentes (es decir, los amplificadores operacionales) u otros requisitos de diseño como la potencia y el calor.

Pequeñas resistencias significa que necesita una corriente mucho más alta para proporcionar las caídas de voltaje adecuadas para que funcione el Op-amp. La mayoría de los amplificadores operacionales son capaces de proporcionar 10 de mA (consulte la hoja de datos del amplificador operacional para obtener detalles exactos). Incluso si el amplificador operacional puede proporcionar muchos amplificadores, habrá una gran cantidad de calor generado en las resistencias, lo que puede ser problemático.

Por otro lado, las resistencias grandes se enfrentan a dos problemas relacionados con el comportamiento no ideal de los terminales de entrada Op-Amp. Es decir, se supone que un amplificador operacional ideal tiene una impedancia de entrada infinita. A la física no le gustan los infinitos, y en realidad hay una corriente finita que fluye hacia los terminales de entrada. Puede ser un poco grande (pocos micro amperios) o pequeño (pocos picoamps), pero no es 0. Esto se conoce como la corriente de polarización de entrada de Op-amps .

El problema se agrava porque hay dos terminales de entrada, y no hay nada que obligue a estos a tener exactamente la misma corriente de polarización de entrada. La diferencia se conoce como corriente de compensación de entrada , y esto suele ser bastante pequeño en comparación con la corriente de polarización de entrada. Sin embargo, se volverá problemático con una resistencia muy grande de una manera más molesta que las corrientes de polarización de entrada (se explica a continuación).

Aquí hay un circuito rediseñado para incluir estos dos efectos. Se supone que el amplificador operacional aquí es "ideal" (hay otros comportamientos no ideales que ignoro aquí), y estos comportamientos no ideales han sido modelados con fuentes ideales.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Note que hay una resistencia adicional R2. En su caso, R2 es muy pequeño (se aproxima a cero), por lo que una pequeña resistencia multiplicada por una pequeña corriente de polarización I2 es un voltaje muy pequeño en R2.

Sin embargo, observe que si R1 y R3 son muy grandes, la corriente que fluye hacia la entrada inversora es muy pequeña, en el mismo orden que (o peor, menor que) I1. Esto reducirá la ganancia que proporcionará tu circuito (dejaré la derivación matemática como un ejercicio para el lector: D)

¡No todo está perdido solo porque hay un gran sesgo de corriente, sin embargo! Observe qué sucede si hace que R2 sea igual a R1 || R3 (combinación paralela): si I1 e I2 están muy cerca uno del otro (baja corriente de desplazamiento de entrada), puede negar el efecto de la corriente de polarización de entrada. Sin embargo, esto no resuelve el problema con el desplazamiento de entrada actual, y hay aún más problemas con la forma de manejar la deriva.

Realmente no hay una buena manera de contrarrestar la corriente de compensación de entrada. Se podrían medir partes individuales, pero las partes se desplazan con el tiempo. Probablemente sea mejor usar una parte mejor para comenzar y / o resistencias más pequeñas.

En resumen: seleccione valores en el rango intermedio. Lo que esto significa es un tanto vago, tendrá que comenzar a seleccionar partes, ver hojas de datos y decidir qué es "lo suficientemente bueno" para usted. Los diez de kohms pueden ser un buen punto de partida, pero esto no es de ninguna manera universal. Y probablemente no habrá 1 valor ideal para elegir normalmente. Lo más probable es que haya un rango de valores que proporcionen resultados aceptables. Luego, tendrá que decidir qué valores usar basándose en otros parámetros (por ejemplo, si ya está usando otro valor, esa podría ser una buena opción para que pueda realizar pedidos a granel y abaratar).

En su circuito de amplificador operacional específico, el voltaje en la unión de Rf y Rin es el mismo que el voltaje en la entrada no inversora. Esto tiene que ser así, se llama una tierra virtual. Dado este hecho, esto significa que su señal (Vin) ve una impedancia de entrada de exactamente Rin. También significa que su salida (sin conectarse a nada más) tiene que conducir una carga de salida que es Rf.

Estos dos hechos generalmente dictan que Rf y Rin no son muy pequeños, es decir, son de 50 ohmios o más.

El amplificador operacional tiene otras cosas al respecto, lo que significa que debes evitar los valores de resistencia de gama alta. Estos son: -

• Capacitancia parasitaria desde la salida hasta la entrada inversora (en efecto, en paralelo con Rf). Si Rf es demasiado grande, la respuesta de frecuencia del circuito está limitada en el extremo superior del espectro.
• La capacitancia de entrada puede causar algunas inestabilidades si Rin es demasiado grande
• Ruido de la resistencia con la temperatura: este es un fenómeno bien conocido y significa que, para requisitos de circuitos con bajo ruido, Rf y Rin no deben ser demasiado grandes.
• Las corrientes de fuga dentro y fuera de las entradas causan errores de CC si las resistencias son demasiado grandes.

Creo que es suficiente por ahora!

• Una de las diferencias importantes es la impedancia de entrada que ve V (IN), que es igual a R (IN).
• Otra diferencia importante es que con las resistencias de alta impedancia, usted más fácilmente captará el ruido y la corriente de polarización de entrada del OPAMP tendrá un efecto mayor en el desplazamiento de voltaje de salida.
• Recuerde también que la salida debe poder controlar la resistencia R (F).

Primero, su diagrama es un amplificador inversor, no un no inversor como en el encabezado de su pregunta.

Hay algunas resistencias comunes que hacen buenas relaciones de ganancia y, mejor aún, resistencias de precisión comunes con bajo coeficiente de temperatura y buenas relaciones de resistencia. Me gusta usar las piezas de precisión si es posible. (Lo mismo es cierto para las tapas en los amplificadores operacionales, como para los integradores - precisión de poliestireno y temperatura estable). Como 10K / 1K o 33K / 3.3K. Más allá de 100K / 10K, la resistencia es lo suficientemente alta como para que la pequeña capacitancia en el circuito comience a convertir su circuito en un integrador o diferenciador (o filtro de paso bajo).

Los valores de Rin muy bajos cargan la entrada y los valores de Rf altos aumentan la impedancia de salida. Estos problemas son fácilmente superados. La mayoría de los paquetes de op-amp tienen más de un OA. Use uno como seguidor de voltaje y como la entrada a su OA que tenga ganancia. Su circuito total presenta una impedancia de entrada muy alta y su OA con ganancia ve una impedancia muy baja en su entrada y puede usar valores bajos o Rin. También puede usar un seguidor de OA en la salida para tener una corriente de accionamiento alta y una salida de baja impedancia. Incluso puede configurar fácilmente la salida para que coincida con la impedancia del siguiente circuito o un cable coaxial, etc. Me gusta usar resistores de baja temperatura de alta precisión o potes de baja temperatura (o macetas digitales) para Rf y ajuste para ganancia.

He usado 1M / 1K para una ganancia de 1000 (2 en una fila da 1 millón) con paso bajo para sismología, pero este es un ancho de banda de unos pocos Hz y funciona incluso con el bajo nivel de uA741. LM308 requiere mucho menos recorte. Los buenos OA modernos son geniales en comparación. Si ingresa en el área de 10M a 100M para Rf, su ancho de banda disminuirá y el ruido aumentará.

La afirmación de que "los resistores de mayor valor no son precisos por lo que no le daría una ganancia precisa" generalmente no es del todo en sí misma (pero sí por proxy por otras razones, como lo haré discutir más abajo).

Normalmente, en un circuito bien diseñado, la ganancia dependerá de relaciones de resistencias, y no de valores individuales. Una resistencia con una resistencia nominal R y una tolerancia x puede tomar valores entre: $$ R_ \ text {nominal} (1 - x) \ leq R _ {\ text {actual}} \ leq R_ \ text {nominal} (1 + x) $$ Ahora bien, si tenemos dos resistencias que aparecen como una relación entre sí, los valores mínimo y máximo de esta relación vienen dados por: $$ \ frac {R_ {1, \ text {nominal}} (1-x)} {R_ {2, \ text {nominal}} (1 + x)} \ leq \ left (\ frac {R_1} {R_2} \ derecha) _ \ text {actual} \ leq \ frac {R_ {1, \ text {nominal}} (1 + x)} {R_ {2, \ text {nominal}} (1-x)} $$

En primer lugar, tenga en cuenta que la tolerancia en la relación es más alta que la tolerancia en las resistencias individuales. Es bueno tener esto en cuenta si desea obtener una ganancia precisa. Sin embargo, la tolerancia de ganancia no aumenta con los valores de resistencia nominal, siempre que la relación sea constante.

Sin embargo, resistencias muy grandes reducen la precisión debido a otras razones. Dos que ya se han mencionado en otras respuestas son (i) el efecto de las corrientes de polarización y de compensación; (ii) el ruido de Johnson.

Otra razón que no se ha mencionado es que los resistores muy grandes comienzan a ser comparables a la resistencia del medio ambiente (por ejemplo, la PCB), especialmente en presencia de humedad y / o salinidad. Esto hace los hace imprecisos, porque ahora los ve el circuito en paralelo con todo lo que los rodea.

La conclusión es, intente evitar resistencias mayores a 1 Mmm si es posible, e realmente intente evitar cualquier cosa por encima de 10 Mhm. En el otro extremo del espectro, alrededor de 1k suele ser el límite inferior.