Es gibt Nachteile bei der Auswahl sehr großer Widerstände und sehr kleiner Widerstände. Diese befassen sich normalerweise mit dem nicht idealen Verhalten von Komponenten (dh Operationsverstärkern) oder anderen Designanforderungen wie Strom und Wärme.
Kleine Widerstände bedeuten, dass Sie einen viel höheren Strom benötigen, um die entsprechenden Spannungsabfälle für den Operationsverstärker bereitzustellen. Die meisten Operationsverstärker können 10 mA liefern (genaue Informationen finden Sie im Datenblatt des Operationsverstärkers). Selbst wenn der Operationsverstärker viele Ampere liefern kann, wird in den Widerständen viel Wärme erzeugt, was problematisch sein kann.
Andererseits treten bei großen Widerständen zwei Probleme auf, die mit dem nicht idealen Verhalten der Eingangsanschlüsse des Operationsverstärkers zusammenhängen. Es wird nämlich angenommen, dass ein idealer Operationsverstärker eine unendliche Eingangsimpedanz hat. Die Physik mag keine Unendlichkeiten, und in Wirklichkeit fließt ein endlicher Strom in die Eingangsanschlüsse. Es könnte eine Art großer (wenige Mikroampere) oder kleiner (wenige Picoampere) sein, aber es ist nicht 0. Dies wird als Operationsverstärker- Eingangsvorspannungsstrom bezeichnet .
Das Problem verschärft sich, weil es zwei Eingangsanschlüsse gibt, und nichts zwingt diese dazu, genau den gleichen Eingangsvorspannungsstrom zu haben. Die Differenz wird als Eingangsversatzstrom bezeichnet und ist im Vergleich zum Eingangsvorspannungsstrom typischerweise recht klein. Es wird jedoch bei sehr großen Widerständen problematischer als bei Eingangsvorspannungsströmen (nachstehend erläutert).
Hier ist eine neu gezeichnete Schaltung, die diese beiden Effekte enthält. Es wird angenommen, dass der Operationsverstärker hier "ideal" ist (es gibt andere nicht ideale Verhaltensweisen, die ich hier ignoriere), und diese nicht idealen Verhaltensweisen wurden mit idealen Quellen modelliert.
simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab
Beachten Sie, dass ein zusätzlicher Widerstand R2 vorhanden ist. In Ihrem Fall ist R2 sehr klein (nahe Null), daher ist ein kleiner Widerstand mal ein kleiner Vorstrom I2 eine sehr kleine Spannung an R2.
Beachten Sie jedoch, dass, wenn R1 und R3 sehr groß sind, der in den invertierenden Eingang fließende Strom sehr klein ist, und zwar in derselben Größenordnung wie (oder noch schlimmer, kleiner als) I1. Dies wird den Gewinn, den Ihre Schaltung liefert, verringern (ich überlasse die mathematische Ableitung dem Leser als Übung: D).
Es geht nicht alles verloren, nur weil es einen großen Vorstrom gibt! Schauen Sie, was passiert, wenn Sie R2 gleich R1 || R3 machen (parallele Kombination): Wenn I1 und I2 sehr nahe beieinander liegen (niedriger Eingangsversatzstrom), können Sie den Effekt des Eingangsvorspannungsstroms aufheben! Dies löst jedoch nicht das Problem mit dem Eingangsoffsetstrom, und es gibt noch weitere Probleme mit dem Umgang mit Drift.
Es gibt keine wirklich gute Möglichkeit, dem Eingangsoffsetstrom entgegenzuwirken. Sie könnten einzelne Teile messen, aber Teile driften mit der Zeit. Es ist wahrscheinlich besser, zunächst ein besseres Teil und / oder kleinere Widerstände zu verwenden.
Zusammenfassend: Wählen Sie Werte im mittleren Bereich. Was dies bedeutet, ist etwas vage. Sie müssen tatsächlich damit beginnen, Teile auszuwählen, sich Datenblätter anzusehen und zu entscheiden, was für Sie "gut genug" ist. 10 kOhm sind vielleicht ein guter Ausgangspunkt, aber das ist keineswegs universell. Und es wird wahrscheinlich keinen idealen Wert geben, den man normalerweise auswählen kann. Höchstwahrscheinlich wird es eine Reihe von Werten geben, die alle akzeptable Ergebnisse liefern. Dann müssen Sie auf der Grundlage anderer Parameter entscheiden, welche Werte verwendet werden sollen (wenn Sie beispielsweise bereits einen anderen Wert verwenden, ist dies möglicherweise eine gute Wahl, damit Sie in großen Mengen bestellen und ihn günstiger gestalten können).
In Ihrem speziellen Operationsverstärkerkreis entspricht die Spannung an der Verbindungsstelle von Rf und Rin der Spannung am nicht invertierenden Eingang. Das muss so sein - es heißt virtuelle Erde. In Anbetracht dieser Tatsache bedeutet dies, dass Ihr Signal (Vin) eine Eingangsimpedanz von genau Rin sieht. Dies bedeutet auch, dass Ihr Ausgang (ohne Verbindung mit etwas anderem) eine Ausgangslast von Rf treiben muss.
Diese beiden Tatsachen schreiben normalerweise vor, dass Rf und Rin nicht sehr klein sind, dh sie betragen 50 Ohm oder mehr.
Der Operationsverstärker hat andere Dinge, die bedeuten, dass Sie die High-End-Widerstandswerte vermeiden müssen. Diese sind: -
Ich denke, das ist genug für jetzt!
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Erstens ist Ihr Diagramm ein invertierender Verstärker, kein nicht invertierender Verstärker, wie in der Überschrift Ihrer Frage angegeben.
Es gibt einige gängige Widerstände, die ein gutes Verhältnis zur Verstärkung und noch besser, gängige Präzisionswiderstände mit niedrigem Temperaturkoeffizienten und guten Widerstandsverhältnissen, aufweisen. Ich benutze die Präzisionsteile gerne, wenn es geht. (Gleiches gilt für Kappen in Operationsverstärkern wie für Integratoren - Polystyrolpräzision und temperaturstabil). Wie 10K / 1K oder 33K / 3,3K. Bei mehr als 100K / 10K wird der Widerstand so hoch, dass die geringe Kapazität in der Schaltung Ihre Schaltung in einen Integrator oder Differenzierer (oder Tiefpassfilter) umwandelt.
Sehr niedrige Rin-Werte belasten den Eingang und hohe Rf-Werte erhöhen die Ausgangsimpedanz. Diese Probleme sind leicht zu überwinden. Die meisten Op-Amp-Pakete haben mehr als einen OA. Verwenden Sie einen als Spannungsfolger und als Eingang für Ihren OA, der eine Verstärkung aufweist. Ihr Gesamtstromkreis weist eine sehr hohe Eingangsimpedanz auf, und Ihr OA mit Verstärkung weist eine sehr niedrige Impedanz an seinem Eingang auf, und Sie können niedrige Werte oder Rin verwenden. Sie können auch einen OA-Folger am Ausgang verwenden, um einen hohen Antriebsstrom und einen niederohmigen Ausgang zu erhalten. Sie können den Ausgang sogar einfach so konfigurieren, dass er mit der Impedanz des nächsten Stromkreises, eines Koaxialkabels usw. übereinstimmt. Ich verwende gerne hochpräzise Niedrigtemperaturwiderstände oder Niedrigtemperaturpotentiometer (oder digitale Potentiometer) für HF und trimme für Verstärkung.
Ich habe 1M / 1K für eine Verstärkung von 1000 (2 in einer Reihe ergeben 1 Million) mit Tiefpass für die Seismologie verwendet, aber dies ist eine Bandbreite von einigen Hz und funktioniert sogar mit dem niedrigen uA741. LM308 benötigt viel weniger Trimm. Gute moderne OAs sind im Vergleich großartig. Wenn Sie sich für HF im Bereich von 10 bis 100 M bewegen, sinkt Ihre Bandbreite und das Rauschen steigt.
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Die Behauptung , dass „höhere Widerstände nicht genau sind , so wäre es nicht , dass Sie präzise Verstärkung geben“ ist in der Regel nicht ganz richtig in sich selbst (aber ist durch einen Bevollmächtigten aus anderen Gründen wahr, wie ich weiter unten diskutieren werden).
Zunächst ist zu beachten, dass die Toleranz des Verhältnisses höher ist als die Toleranz der einzelnen Widerstände. Dies ist gut zu bedenken, wenn Sie eine präzise Verstärkung wünschen. Die Verstärkungstoleranz erhöht sich jedoch nicht mit den Nennwiderstandswerten, solange das Verhältnis konstant ist.
Sehr große Widerstände verringern jedoch aus anderen Gründen die Präzision. Zwei, die bereits in anderen Antworten erwähnt wurden, sind (i) der Effekt von Vorspannung und Offset-Strömen; (ii) Johnson-Rauschen.
Ein weiterer Grund, der nicht erwähnt wurde, ist, dass sehr große Widerstände allmählich mit dem Widerstand der Umgebung (z. B. der Leiterplatte) vergleichbar werden, insbesondere bei Vorhandensein von Feuchtigkeit und / oder Salzgehalt. Dies macht sie ungenau, weil sie jetzt von der Schaltung parallel zu dem gesehen werden, was sie umgibt.
Die Quintessenz ist, versuchen Sie, Widerstände zu vermeiden, die größer als 1MOhm sind, und versuchen Sie wirklich , alles über 10MOhm zu vermeiden. Am anderen Ende des Spektrums ist in der Regel etwa 1k die Untergrenze.
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