Cómo elegir valores de resistencia en amplificadores operacionales

Ok, entonces mi pregunta es qué valores de resistencia debo elegir para este amplificador. Vin es 0.5Vpp, 50kHz y el Vout deseado es 25Vpp, por lo que la ganancia de voltaje total es 50. Sé que la ganancia de voltaje para un amplificador inversor es -Rf/Rin. ¿Cuál es la diferencia entre elegir valores de resistencia como 50 ohmios y 1 ohm o, digamos, 50 kohm y 1 kohm? Además, ¿cuál debería ser mi voltaje de suministro de +-Vcc al amplificador? La segunda imagen a continuación es la hoja de datos del amplificador operacional (LF351) Me pregunto si eso podría afectar algo. Cualquier ayuda es muy apreciada, gracias.

Bienvenido al foro! La amplificación inversora extrae corriente de la línea de señal. Sería una buena idea amortiguarlo con un amplificador operacional de ganancia unitaria y luego amplificarlo con resistencias de alto valor (el búfer aún tendrá que generar un poco de corriente, pero ya no distorsionará la señal). Consulte el video de amplificador operacional de eevblog en YouTube, es uno de los videos de amplificador operacional más útiles de la historia.
Interesante, gracias por la sugerencia, le echaré un vistazo.
@Ilya EE no es un foro.
Recomendaría un amplificador operacional más nuevo con especificaciones superiores, como OPA197

Respuestas (2)

Esto debería ayudarlo a decidir sobre los rieles de alimentación: -

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Y este gráfico casi permite una ganancia de 50 con una carga de 2 kohm: -

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Con respecto a los valores de la resistencia, estaría pensando en 22 kohm para la resistencia de retroalimentación y alrededor de 440 ohmios para la resistencia de entrada. Es posible que pueda ir un poco más alto y aún obtener el ancho de banda de 50 kHz que necesita. Tal vez hasta 220 kohm para la resistencia de retroalimentación.

¿Cuál es la diferencia entre elegir valores de resistencia como 50 ohmios y 1 ohm o, digamos, 50 kohm y 1 kohm?

El amplificador operacional está invirtiendo, por lo tanto, la entrada inversora está a 0 voltios, por lo tanto, la carga de salida ES la resistencia de retroalimentación y no puede tener esto demasiado bajo o no obtendrá la amplitud del voltaje de salida. Por otro lado, no puede ir demasiado grande porque las capacitancias parásitas del amplificador operacional comenzarán a reducir demasiado la ganancia a frecuencias más altas.

Con respecto a los números en la hoja de datos (en lugar de gráficos), este es un resumen en la página 4: -

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El suministro se indica como +/- 15 voltios y la oscilación de salida suele ser de +/- 13,5 voltios. Esto significa que no puede empujar la salida típicamente dentro de 1.5 voltios del riel de alimentación positivo o negativo, pero esto podría ser tan malo como 3 voltios si toma la cifra mínima. Los números de 1,5 voltios y 3 voltios son voltajes de saturación y la carga es de 10 kohm.

Interesante, ¿cómo afecta el valor de la resistencia de carga a mis valores de resistencia? Debido a que la carga que estoy manejando es de 2Kohms, eso no está nada claro.
El gráfico superior izquierdo es para una carga de 2 kohmios y tenga en cuenta que la resistencia de retroalimentación hace que la carga efectiva sea inferior a 2 kohmios. Estoy seguro de que no necesitas que te sostenga la mano mientras miras los gráficos.
Veo. Sin embargo, todavía no estoy seguro de cómo abordar la elección de los valores de resistencia.
No existen reglas estrictas y rápidas para ningún amplificador operacional. Usted elige que Rf sea lo más alto posible sin causar que la respuesta de alta frecuencia del amplificador operacional sea deficiente y esto depende del amplificador operacional real, PERO, los dispositivos más antiguos (como el realmente antiguo pero bueno LF351) no brindan esta información porque están destinados a aplicaciones de audio. Los simuladores de uso popular ahora y estas cosas generalmente se pueden determinar con un modelo de amplificador operacional preciso pero, dado el estado de pensionado del 351, es poco probable que los modelos sean lo suficientemente precisos.
Ahhh, también veo muchos videos en línea que en realidad tienen una resistencia conectada a la entrada no inversora, ¿es necesaria y qué hace?
No, no es necesario para el LF351 porque las corrientes de polarización son muy pequeñas. Sí para amplificadores operacionales basados ​​en BJT regulares, pero generalmente no para amplificadores operacionales de entrada FET.
Además, ¿cómo se derivan la oscilación de salida de voltaje y Vsat? Dado que es mejor para la salida, la forma de onda tiene la menor cantidad de distorsiones posible y la oscilación de la salida debe ser menor que Vsat, ¿cómo puedo saber estos valores?
@BeatriceUK, la hoja de datos le brinda los valores. De ahí tomé los gráficos y esa es la principal fuente de información.
No se puede encontrar el Vsat en ningún lado aunque
@BeatriceUK: los gráficos le indican el voltaje de saturación porque le indican el voltaje de salida pico a pico. La página 4 también enumera una versión concisa de los límites. Con respecto a la derivación, probablemente se deba al proveedor que mide millones de muestras y toma una decisión.
@BeatriceUK se refiere a votar y aceptar la respuesta ver esta página . Siendo un novato necesitas saber estas cosas.
Todavía un poco confuso. ¿Significa esto que Vsat es 25V? Y si la oscilación del voltaje de salida es de 12 V, ¿no significa esto que la ganancia de voltaje no es de 50 ya que su máximo es de 12? Disculpas por mi comprensión poco clara. Y sí, votaré las respuestas.
@BeatriceUK He agregado una sección a mi respuesta que describe la tabla de la página 4.
Entonces, ¿3 voltios es Vsat para una carga de 2 kOhm? ¿No significa esto que la forma de onda de salida está distorsionada ya que la oscilación de voltaje está por debajo de Vsat?
Los gráficos muestran una operación típica y no el peor de los casos para el rango que (digamos) 1 en mil puede exhibir. Esperaría que el 99% tuviera una saturación de 2 voltios y eso reduce un riel de alimentación de +/- 15 voltios a un nivel de pico a pico sin distorsiones de 26 voltios.

Empecemos con un ejemplo, para ponernos cómodos.

Por defecto, uso una resistencia de 10,000 ohmios como valor básico; por lo tanto, 100 Kohm sería el valor de Rfeedback para invertir gain_of_10. Con una salida de 10 voltios, solo se necesita una corriente de salida de 0,1 mA (100 uA). Y el ruido de contribución resistiva total, asumiendo 1 MHz UGBW y, por lo tanto, 100 000 Hz de ancho de banda de opamp+resistores debido a una ganancia de 10X, será (aproximadamente)

  • 4 nanoVolt/rtHz * sqrt (10Kohm/1Kohm) * sqrt (100,000Hz BW) * Av=10

o

  • 120 nanovoltios * raíz cuadrada (100 000) = 120 nV * 316 = 36 microvoltios RMS

Por lo tanto, el opamp es cómodo con una carga fácil. Y el ruido de salida es de 36uV rms, repartido en todo el ancho de banda de 100.000 Hz.

La selección de valores de resistencia está limitada por

  • Calentamiento y corriente de salida del amplificador operacional; muchos amplificadores operacionales tienen una función de protección contra CORTOCIRCUITO, generalmente alrededor de 10 mA a 20 mA; leer la hoja de datos

  • RUIDO aleatorio generado dentro de las resistencias que elijas; cuanto mayor sea el ancho de banda, más ruido, que aumenta como la raíz cuadrada del ancho de banda. El noise_power aumenta linealmente con la frecuencia; el ruido_voltaje aumenta como la raíz cuadrada; recuerda Potencia = Voltaje ^ 2 / Resistencia.

  • la capacitancia parásita de PCB y la capacitancia de entrada OpAmp interactuarán con las resistencias que elija, para limitar el ancho de banda y causar cambios de fase que pueden causar zumbidos y asentamientos deficientes e incluso oscilaciones.

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Los valores altos de resistencia introducen más cambio de fase de retroalimentación, donde la capacitancia parásita de C_input_diferencial y PCB serán importantes.

Si el pico de respuesta de frecuencia, el timbre de respuesta de tiempo y la posibilidad de oscilación no lo ponen nervioso, puede ignorarlo.

Soluciones:

  • Un opamp con mayor margen de fase puede ser tu amigo.

  • elimine cualquier plano de tierra debajo o cerca de la lámina de PCB del nodo de suma; ese nodo es el Vin- del opamp

  • mueva todos los componentes del nodo de suma muy cerca de Vin-, de modo que se use un área mínima de PCB

  • agrandar las almohadillas de soldadura de la retroalimentación R y separarlas apenas (casi en cortocircuito), de modo que los campos eléctricos a través de la retroalimentación R sean máximos

  • tenga un pequeño condensador a través de Rfeedback (algunas personas usan tapas recortables; podría usar una tapa "trucada" hecha de 2 cables trenzados juntos (aislados entre sí)

  • reemplace el Rfeedback con un atenuador "T" de valores R mucho más bajos

  • elija un opamp con una capacitancia de entrada más baja (algunas hojas de datos de opamp no proporcionan esta información)

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