Nebenwirkungen der Verwendung großer Widerstände

Gibt es irgendwelche Probleme, die durch die Verwendung von Widerständen mit großen Widerständen (in der Größenordnung von Megaohm) verursacht werden können?

Ich entwerfe ein Rückkopplungsnetzwerk, das nur ein Spannungsteiler ist, und ich möchte, dass die Rückkopplung so wenig Strom wie möglich aus der Schaltung ableitet. Das einzige, was zählt, ist das Verhältnis zwischen den Widerständen. Meine Frage ist also: Gibt es einen Grund, warum man zum Beispiel Widerstände von 1 und 10 Ohm anstelle von 1 und 10 MOhm auswählt?

Sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Werten gibt es viele Nachteile.

Die idealen Werte liegen für die meisten Anwendungen zwischen sehr groß und sehr klein.

Ein größerer Widerstand des gleichen Typs erzeugt beispielsweise mehr Rauschen (für sich und durch kleine induzierte Rauschströme) als ein kleinerer, obwohl dies für Sie möglicherweise nicht immer wichtig ist.

Ein kleinerer Widerstand wird mehr Strom verbrauchen und mehr Verluste verursachen, wie Sie selbst vermutet haben.

Ein größerer Widerstand erzeugt bei gleichem Ableitstrom einen höheren Fehler. Wenn Ihr Feedback-Pin in der Mitte Ihrer Widerstände 1 μA verliert, wenn der Widerstand, der dieses Leck speist, 1 MOhm beträgt, bedeutet dies einen Fehler von 1 V, während ein 10k-Widerstand einen Fehler von 10 mV bedeutet.

Wenn die Leckage in der Größenordnung von einigen nA oder weniger liegt, interessiert Sie der Fehler, den ein 1-MOhm-Widerstand erzeugt, möglicherweise nicht sonderlich. Aber Sie könnten, je nachdem, was genau Sie entwerfen.

Kleinere Widerstände in Rückkopplungssystemen, z. B. bei invertierenden Verstärkern mit Operationsverstärkern, können zu Fehlern im eingehenden Signal führen, wenn das eingehende Signal relativ schwach ist.

Alles ist in Ordnung, und wenn dies zu diesem Zeitpunkt nicht ausreicht, möchten Sie möglicherweise eine direktere Frage zu Ihrer konkreten Tätigkeit stellen. Mit Schaltplänen und so.

Zusätzlich zu den von @Asmyldof angesprochenen Problemen kann bei Verwendung hoher Widerstände im Megaohm-Bereich (und insbesondere bei 10 M und mehr) die Umweltverschmutzung wie Staub, Hautöle, Lötflussmittelrückstände usw. den effektiven Widerstand in unvorhersehbaren und zeitlich variierenden Situationen leicht verringern Wege.

Berücksichtigen Sie neben anderen Antworten auch das thermische Rauschen . Wenn Ihr Widerstand steigt, steigt auch das Rauschen. Wenn Sie sehr genaue Messungen wünschen, kann dies ein Problem sein.

Es ist nicht ungewöhnlich, aus dem von Ihnen genannten Grund hohe Widerstände in Teilern und Rückkopplungskreisen zu verwenden, um beispielsweise den Stromverbrauch und die Belastung von Sensoren mit hoher Impedanz zu verringern.

Es sollten jedoch einige Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um einen vorhersehbaren Betrieb zu gewährleisten. Die Platine sollte vor und nach dem Einsetzen der Komponenten gründlich gereinigt werden, um zu vermeiden, dass Kontaminationen als paralleler Widerstand auftreten. Ein guter Flussmittelreiniger, gefolgt von einem Isopropylalkohol-Tupfer, ist dafür gut geeignet.

Wenn der Stromkreis in einer unvorhersehbaren Umgebung betrieben werden soll (z. B. wo sich Feuchtigkeit oder hohe Luftfeuchtigkeit ansammelt), sollte ein gutes konformes Beschichtungsmittel auf die Leiterplatte und die Komponenten aufgetragen und gemäß den Anweisungen des Herstellers ausgebrannt werden, um eine Versiegelung herzustellen Feuchtigkeitssperre mit hohem Widerstand.

Betrachten wir zunächst die Probleme bei der Verwendung von NIEDRIGEN Widerstandswerten mit Operationsverstärkern. Das größte Problem ist der begrenzte Ausgangsstrom des Operationsverstärkers. Oft sind 20 mA das Maximum für eine genaue Leistung. 1 Ohm und 1 Volt erfordern jedoch 1 Ampere. Es ist nicht verfügbar. Sie müssen also mit höheren Werten entwerfen.

Ein weiteres Problem bei niedrigen Werten ist die thermische Verzerrung, da die Eigenerwärmung große Temperaturänderungen und große Widerstandsänderungen verursacht. Durch die Verwendung von 1 Ohm und 9 Ohm zum Einstellen der Verstärkung in der Rückkopplungsschleife des Operationsverstärkers wird die Leistung von 9 Ohm 9X abgebaut. Bei 1-Millivolt-Eingang kann der 1-mA-Strom erkennbare Verzerrungen verursachen oder nicht. Walt Jung diskutierte dies für Feedback-Teiler von Audio-Leistungsverstärkern.

Nun zu den HIGH-Wert-Widerständen: Ein Problem mit höheren Werten ist die Kapazität am -V _IN- Pin des Operationsverstärkers. Die Phasenverschiebungen - 1 Megaohm und 10 pF haben eine Tau von 10 µS, was zu einer Phasenverschiebung von 45 Grad bei 16 kHz führt - führen zu Spitzen, Instabilität und Oszillation. Die Heilung besteht darin, winzige Kondensatoren parallel zu den hochwertigen Rückkopplungswiderständen zu verwenden ... eine weitere Komponente, die gekauft und installiert werden muss.

Hohe Widerstände machen den Stromkreis anfällig für Störfelder. Die kapazitiv eingespeisten Ladungen finden einen Rückweg. Ein 10-Mega-Ohm-Widerstand mit einer Verdrahtung von 160 Volt und 60 Hz bei 4 Zoll und einer Einkopplung in eine Leiterplattenspur von 14 x 1 mm induziert 1,5 Millivolt bei 60 Hz. Bei einem Ohm-Wert ist die Interferenz 10.000-mal kleiner.

Untersuchen wir auch einen LDO, der einen geregelten 2,5-Volt-Ausgang für jeden Vunreg über 2,7 Volt mit einem Standby-Strom <1 uA gemäß Datenblatt liefert. Was wissen wir über das Ausgangsrauschen dieses LDO?

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Wir wissen, dass dieses LDO aufgrund der 12Millionen Ohm (mal 2) Rückkopplungswiderstände mindestens 60 Mikrovolt RMS Ausgangsrauschen aufweist. Mindestens 60uV, da der interne Operationsverstärker ein hohes Rauschen aufweist (bei sehr niedrigen Strömen ist ein hohes Rauschen zu erwarten) und die 1,22-Volt-Bandlücke über hochwertige Widerstände verfügt.

Ich erinnere mich an ein LDO mit 1uA Iddq und schlechtem PSRR über 100Hz. Es stellte sich heraus, dass die Vin-Metallisierung über den 12-Mega-Ohm-Spannungsteilern lag. Jeglicher Müll, der in das LDO gelangt, wurde direkt in die Servoverstärkerschleife eingespeist. Lernen Sie, diese Probleme zu visualisieren. Der ursprüngliche Designer erklärte, "die parasitäre Extraktion zeigte dies nicht als Problem." Lernen Sie, diese Probleme zu visualisieren.