Was ist der Zweck eines Widerstands im Rückkopplungspfad eines Einheitsverstärkungspuffers?

Ich sehe oft Gleichlauffolger mit einem Widerstand im Rückkopplungspfad. Bei einem idealen Operationsverstärker fließt natürlich kein Strom in den Eingang, und dieser Widerstand tut nichts. Wie wirkt sich das auf einen echten Operationsverstärker aus und wie wähle ich den Wert aus?

Was macht R1 in dieser Schaltung?

Sie werden selten eine Schaltung mit nur einem Widerstand sehen, wie Sie es zeigen; In der Regel gibt es auch am nicht invertierenden Eingang einen anderen Widerstand (oder einen äquivalenten Quellenwiderstand) mit demselben Wert.

Die meisten (nichtidealen) Operationsverstärker haben einen endlichen Eingangswiderstand, und dies bedeutet, dass ein winziger Strom in die Eingangsanschlüsse hinein oder aus diesen heraus fließt. Dieser Strom wird "Eingangsvorspannungsstrom" genannt und variiert mit der Spannung an den Eingängen. Da die meisten Operationsverstärkerschaltungen eine Gegenkopplung verwenden, um die beiden Eingänge auf der gleichen Spannung zu halten, bedeutet dies, dass für jede gegebene Spannung der Strom durch beide Eingänge der gleiche ist.

Der Strom durch jeden Eingang fließt durch den Widerstand, der mit diesem Eingang verbunden ist, und dies führt zu einer Spannungsverschiebung am Eingang. Wenn der Widerstand an den beiden Eingängen unterschiedlich ist, ist auch diese Spannungsverschiebung unterschiedlich, und die Differenz zwischen diesen beiden Verschiebungen tritt als zusätzlicher Eingangsversatzfehler beim Betrieb der Schaltung auf.

Aus diesem Grund wird in allen Operationsverstärkerschaltungen versucht, sicherzustellen, dass die an den beiden Eingängen angeschlossenen Widerstände gleich sind, wodurch diese zusätzliche Fehlerquelle beseitigt wird. Selbst in einem Puffer mit Einheitsverstärkung wird bei einem Quellenwiderstand von 100 Ω ein Widerstand von 100 Ω im Rückkopplungspfad verwendet.

Hier ist ein Auszug aus dem OP27-Datenblatt , aus dem hervorgeht , dass die Antwort mehr bedeutet, als die Impedanzen der beiden Eingänge auszugleichen:

Und noch ein Beispiel aus dem AD797-Datenblatt:

Ein Grund, warum der Rückkopplungswiderstand verwendet werden kann, ist die Anpassung der Ausgangsimpedanz von Vin. Echte Operationsverstärker haben eine Eingangsstromvorspannung und einen Eingangsstromversatz.

Nehmen Sie zum Beispiel diese repräsentative Schaltung:

Hier habe ich ein realistischeres Modell eines Operationsverstärkers erstellt, indem ich Stromquellen hinzufüge, die den Strom simulieren, der in die Anschlüsse eines echten Operationsverstärkers fließt. Die Differenz zwischen den beiden Eingangsströmen ist der Offset-Eingangsstrom.

Die Eingangsspannung am positiven Eingangsanschluss beträgt tatsächlich:

Durch die ideale Wirkung des Operationsverstärkers ist die negative Eingangsspannung dieselbe. Wir können dann die resultierende Ausgangsspannung berechnen:

Durch die enge Anpassung von R1 und R2 wird der Effekt des Eingangsvorspannungsstroms effektiv auf Null gesetzt. Beachten Sie, dass dies den Eingangsoffsetstrom nicht löst. Um beide Probleme zu lösen, stellen Sie sicher, dass der Widerstand von R1 und R2 klein ist. Dies löst sowohl die Probleme des Eingangsversatzstroms als auch des Eingangsvorspannungsstroms. Mit einem ausreichend kleinen R1 ist möglicherweise kein tatsächlich diskret abgestimmtes R2 erforderlich, obwohl Sie natürlich bessere Ergebnisse erzielen, wenn es eines gibt.

Es gibt zwei Arten von Operationsverstärkern: Spannungsrückkopplung und Stromrückkopplung. Wie man ihrem Namen entnehmen kann, bestimmt bei der Stromrückkopplung der vom Ausgang zum Eingang durch den Rf "Rückkopplungswiderstand" geführte Strom 1) die Bandbreite 2) die Verstärkung, wenn sie in einem Stromteiler mit Rg "Erdungswiderstand" verknüpft ist. Bei aktuellen Rückkopplungs-Operationsverstärkern wird in diesem Anwendungshinweis unter http://www.ti.com/lit/an/slva051/slva051.pdf angegeben , dass der Operationsverstärker schwingt , wenn der Rückkopplungswiderstand sehr niedrig ist . Wenn Sie einen hohen Wert wählen, wird die Bandbreite verringert.

Tatsächlich gibt es heutzutage so viele verschiedene Arten von Operationsverstärkern, dass das einfache Modell von unendlichen Impedanzeingängen, die Vin + = Vin- implizieren, in vielen Fällen weit davon entfernt ist, wahr zu sein. Viele Operationsverstärker haben niedrige Eingangsimpedanzwerte, andere haben eine sehr hohe Impedanz bei + In und eine sehr niedrige bei -In. VHF-Operationsverstärker sind alle aktuelles Feedback und sehr empfindlich zu implementieren, wie der LMH6703