Warum einen Eingangswiderstand in dieser Stromerfassungsschaltung verwenden?

In der Lineartechnik AN 105 zur Stromerfassung findet man folgende Schaltung.

Ich frage mich, wozu der 200-Ohm-Widerstand am invertierenden Eingang dient. Es scheint keine Wirkung zu haben.

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Beachten Sie, dass im folgenden Absatz eine praktisch identische Schaltung dargestellt wird, der der Widerstand fehlt:

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Nebenbei : Gibt es einen Nachteil bei der Dimensionierung der 200-Ohm-Eingangsimpedanzwiderstände, z. B. 10k? (Die Verstärkung konstant halten.) Das Ziel wäre, den Strom zu reduzieren, den der Opamp aus seiner Versorgung zieht, um den BJT anzutreiben.

Edit 1: Benötige Q1

In den Kommentaren wurde gefragt, ob der Ausgangstransistor Q1 benötigt wird. Siehe meinen Kommentar unten zu meiner Interpretation.

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Edit 2: Johnson Lärm

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Die Photon-Rückseite der Hüllkurvenberechnung legt nahe, dass das Johnson-Rauschen des Eingangswiderstands selbst für große Werte wahrscheinlich kein Problem darstellt, wenn 0,1% (des Ausgangsbereichs) Rauschen am Ausgang akzeptabel sind:

V r m s = 10 \times \sqrt{R} \sqrt{Δ f} \times 10^{- 9} in Volt

$Vrms = 10\times \sqrt{R}\sqrt{\Delta f} \times 10^{-9}\text{in Volt}$

R = (\frac{V r m s}{1.3 \times \sqrt{Δ f}} \times 10^{9})^{2} = 211 G Ω

$R = (\frac{Vrms}{1.3\times\sqrt{\Delta f}}\times 10^9 )^2 = 211 G\Omega$

current-measurement Max
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Es ist eine merkwürdige Ergänzung, wenn man bedenkt, dass "dieselbe" Schaltung ohne den 200R-Widerstand gezeigt wird, wenn sie als Strommessgerät bis zu einer Versorgungsspannung von 44 V betrieben wird. Vielleicht zeigen Sie die beiden nebeneinander, damit die Leute nicht davon ausgehen, dass es etwas mit Vorspannungsströmen zu tun hat.

Andy aka

@ Andyaka Danke für den Vorschlag. Dies macht die Sache in der Tat klarer.

Max

Ja, es gibt einen Nachteil beim Erhöhen der 200 Ohm auf 10k - die Schaltung wird mit ziemlicher Sicherheit oszillieren, weil Sie die Verstärkung hinzugefügt haben. Gegenwärtig bedeutet der Kollektorwiderstand des BJT, dass der Ausgang des Operationsverstärkers um 10: 1 gedämpft wird - dies bedeutet Stabilität. Wenn der Kollektorwiderstand 2 kOhm überschreitet, steigt die Verstärkung von Q1 über 1 und könnte aufgrund der Rückkopplung auf + Vin (negative Rückkopplung aufgrund der Kollektorumkehrung) kurz davor stehen, den LT1637 instabil zu machen - nicht höher als 2 kOhm größer (sagen wir mal) 20k und benutze 2k für R1. Fazit: Ich habe es noch nie benutzt und bin mir ein bisschen unsicher.

Andy aka

V_{Ö u t} = {ich}_{l Ö ein d} \times \frac{R_{s} \times R_{2}}{R_{1}}

$V_{out}=I_{load}\times\frac{R_s\times R_2}{R_1}$

@Kaz Deine Frage bezüglich der Notwendigkeit des Transistors hatte mich ratlos gemacht. Obwohl ich denke, dass ich weiß, warum es benötigt wird: Mit dem Transistor wird der Strom, der R2 ansteuert, durch R1 geleitet, wodurch die Spannung am Verstärkereingang herabgesetzt wird. - Wenn kein externer Transistor verwendet wird, wird der Strom zum Ansteuern von R2 über Q25 von der Versorgung des Operationsverstärkers bezogen. Was denkst du?

Max

Antworten:

Der 200 Ohm Widerstand am invertierenden Eingang hat keine Auswirkung auf einen idealen Operationsverstärker, der keinen Eingangsstrom hat.

Echte Operationsverstärker erfordern jedoch einen (sehr kleinen) Vorstrom und haben auch Offset-Ströme, die vom nicht invertierenden Eingang zum invertierenden Eingang fließen.

Aufgrund des Offset-Stroms ist es in einer Präzisionsschaltung die beste Praxis, die beiden Eingänge des Operationsverstärkers mit gleichen Impedanzen zu versorgen.

Beim LT1637 mit 5-V-Versorgung kann der Offset-Strom bis zu 15 nA betragen. Wenn die Eingangsimpedanzen nicht ausgeglichen wären, könnte dies einen Fehler von bis zu 3 uV verursachen, was einem Fehler bei der Strommessung von 15 uA entspricht.

Gibt es einen Nachteil bei der Dimensionierung der 200-Ohm-Widerstände wie z. B. 10k?

Es gibt kein wirkliches Problem mit einer kleinen Änderung dieses Widerstandswerts (zum Beispiel auf 211 Ohm oder so), aber auch keinen Vorteil.

Wenn Sie den R1-Widerstand auf 10 kOhm erhöhen würden, würde ich mir Sorgen um das Johnson-Rauschen machen, das durch den Widerstand erzeugt wird. Aber ich habe mir die Effekte nicht genau angesehen und natürlich hängt das maximal akzeptable Rauschen von Ihren Anforderungen auf Systemebene ab.

Das Photon
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Vielen Dank. Das aktuelle Offset-Problem war mir nicht bekannt. Ich bin immer noch etwas verwirrt, da, wie Andy aka betont hat, einer Schaltung, die unmittelbar nach dieser vorgestellt wird, der zweite Eingangswiderstand fehlt. - Obwohl das einfach ein Versehen sein kann.

Max

Sie können den Offset-Strom auch nur als Differenz zwischen den beiden Bias-Strömen betrachten. Ich denke, die zweite Schaltung ist nur für Fälle gedacht, in denen ein paar uA Fehler nicht wichtig sind ... aber vielleicht gibt es etwas, das ich nicht in Betracht ziehe, also werde ich das noch nicht zu meiner Antwort hinzufügen.

Das Photon

Ich bin nicht davon überzeugt, dass es sich um eine Sache mit einem Eingangsstromausgleich handelt, aber ich habe Mühe, es als etwas anderes anzusehen - es gibt einen nahezu identischen Schaltkreis auf derselben Verbindung, der ihn nicht verwendet, und er gibt einen Versorgungsspannungsbereich von 3 V bis 44 V an . Das Gleiche gilt, wenn Sie sich das Gerätedatenblatt und nicht den App-Hinweis ansehen.

Andy aka

@Andyaka, beachten Sie, dass der erste Stromkreis den Operationsverstärker mit der gleichen Versorgung wie die Last versorgt. Die zweite Schaltung soll die "Over-the-Top" -Eingabefähigkeit des Operationsverstärkers ankündigen - sie haben in diesem Fall möglicherweise nicht für die gleiche Genauigkeit entwickelt.

Das Photon

@ThePhoton Ich höre, was du sagst, aber es nervt mich etwas, auf das ich nicht meinen Finger legen kann !!!

Andy aka