एम्पलीफायर inverting और क्यों के लिए रोकनेवाला मूल्यों का चयन?


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inverting

यहाँ लाभ A = -R f / Rin है। हालाँकि, मैं कहता हूं कि मुझे 10 V / V का लाभ चाहिए। आप किस प्रतिरोधक मूल्य को चुनेंगे और क्यों?

मुझे पता है कि आपके पास इन प्रतिरोधों के लिए अनंत संख्या में संयोजन हो सकते हैं, लेकिन कुछ विशिष्ट मूल्य का उपयोग क्यों करेंगे। यानी आर = 100Mohm, अनुसंधान में = 10Mohm 10V / वी की बढ़त लेकिन यह भी आर देता है = 10 ओम और अनुसंधान में = 1 ओम 10V / वी का लाभ देता है। इससे डिजाइन पर क्या फर्क पड़ेगा?

मेरे विचार का कहना है कि उच्च मूल्य प्रतिरोधों सटीक तो यह आपको सटीक लाभ कम मूल्य प्रतिरोधों स्रोत से अधिक वर्तमान सिंक (वी का उपयोग नहीं देना होगा और नहीं कर रहे हैं में )। क्या कोई अन्य कारण हैं? इसके अलावा, मुझे बताएं कि क्या मैं सही हूं या गलत।

जवाबों:


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बहुत बड़े प्रतिरोधों और बहुत छोटे प्रतिरोधों को चुनने के साथ पतन होते हैं। ये आमतौर पर घटकों के गैर-आदर्श व्यवहार (जैसे ओप-एम्प्स), या अन्य डिजाइन आवश्यकताओं जैसे कि बिजली और गर्मी से निपटते हैं।

छोटे प्रतिरोधों का मतलब है कि आपको Op-amp के लिए काम करने के लिए उपयुक्त वोल्टेज ड्रॉप प्रदान करने के लिए बहुत अधिक वर्तमान की आवश्यकता है। अधिकांश ऑप एम्प 10 mA के प्रदान करने में सक्षम हैं (सटीक विवरण के लिए Op-amp डेटाशीट देखें)। यदि ऑप-एम्प कई एम्प्स प्रदान कर सकता है, तो भी प्रतिरोधों में बहुत अधिक गर्मी उत्पन्न होगी, जो समस्याग्रस्त हो सकती है।

दूसरी ओर बड़े प्रतिरोधक ओप-एएमपी इनपुट टर्मिनलों के गैर-आदर्श व्यवहार से निपटने में दो समस्याओं में भाग लेते हैं। अर्थात्, यह धारणा बनाई जाती है कि एक आदर्श ऑप-एम्प में अनंत इनपुट प्रतिबाधा होती है। भौतिकी शिशुओं को पसंद नहीं करती है, और वास्तव में इनपुट टर्मिनलों में कुछ परिमित धारा प्रवाहित होती है। यह बड़े (कुछ माइक्रो एम्प्स), या छोटे (कुछ पिकोम्प्स) की तरह हो सकता है, लेकिन यह 0. नहीं है। इसे Op-amps इनपुट बायस करंट कहा जाता है ।

दो इनपुट टर्मिनल होने के कारण यह समस्या जटिल हो गई है, और इनमें कुछ भी समान इनपुट बायस करंट के लिए मजबूर करने के लिए कुछ भी नहीं है। अंतर को इनपुट ऑफ़सेट करंट के रूप में जाना जाता है , और यह आमतौर पर इनपुट बायस करंट की तुलना में काफी छोटा होता है। हालांकि, यह इनपुट बायस धाराओं (नीचे समझाया गया) की तुलना में अधिक कष्टप्रद तरीके से बहुत बड़े प्रतिरोध के साथ समस्याग्रस्त हो जाएगा।

इन दो प्रभावों को शामिल करने के लिए यहां एक सर्किट फिर से तैयार किया गया है। यहाँ op-amp को "आदर्श" माना जाता है (अन्य गैर-आदर्श व्यवहार हैं जिन्हें मैं यहाँ अनदेखा कर रहा हूँ), और इन गैर-आदर्श व्यवहारों को आदर्श स्रोतों के साथ तैयार किया गया है।

ढांच के रूप में

इस सर्किट का अनुकरण करें - सर्किटलैब का उपयोग करके बनाई गई योजनाबद्ध

ध्यान दें कि एक अतिरिक्त प्रतिरोधक R2 है। आपके मामले में, R2 बहुत छोटा है (शून्य के करीब आ रहा है), इसलिए एक छोटा प्रतिरोध बार एक छोटा पूर्वाग्रह वर्तमान I2 R2 के लिए एक बहुत छोटा वोल्टेज है।

हालांकि, ध्यान दें कि यदि R1 और R3 बहुत बड़े हैं, तो inverting इनपुट में बहने वाला प्रवाह बहुत छोटा है, I1 के समान (या इससे भी छोटा) उसी क्रम पर। यह आपके सर्किट द्वारा प्रदान किए जाने वाले लाभ को फेंक देगा (मैं पाठक को एक अभ्यास के रूप में गणितीय व्युत्पत्ति छोड़ दूंगा: डी)

सभी खो नहीं है क्योंकि वहाँ एक बड़ा पूर्वाग्रह वर्तमान है, हालांकि! यदि आप R2 को R1 के समान बनाते हैं तो देखें। R3 (समानांतर संयोजन): यदि I1 और I2 एक दूसरे के बहुत करीब हैं (कम इनपुट ऑफ़सेट करंट), तो आप इनपुट पूर्वाग्रह के प्रभाव को नकार सकते हैं! हालाँकि, यह इनपुट ऑफ़सेट करंट के साथ समस्या को हल नहीं करता है, और ड्रिफ्ट को कैसे हैंडल करना है, इसके साथ और भी कई मुद्दे हैं।

वास्तव में इनपुट ऑफसेट करंट का प्रतिकार करने का एक अच्छा तरीका नहीं है। आप अलग-अलग हिस्सों को माप सकते हैं, लेकिन समय के साथ कुछ हिस्से सूख जाते हैं। आप शायद एक बेहतर हिस्से का उपयोग करने से बेहतर हैं, और / या छोटे प्रतिरोधों के साथ शुरू करें।

सारांश में: मध्य-ईश रेंज में मान चुनें। इसका मतलब कुछ हद तक अस्पष्ट है, आपको वास्तव में भागों को चुनना शुरू करना होगा, डेटशीट को देखना, और यह तय करना होगा कि आपके लिए "अच्छा पर्याप्त" क्या है। 10 के कोहम एक अच्छी शुरुआत हो सकती है, लेकिन यह किसी भी तरह से सार्वभौमिक नहीं है। और आमतौर पर आमतौर पर लेने के लिए 1 आदर्श मूल्य नहीं होगा। अधिक से अधिक मूल्यों की एक सीमा होगी जो सभी स्वीकार्य परिणाम प्रदान करेंगे। फिर आपको यह तय करना होगा कि अन्य मापदंडों के आधार पर कौन से मूल्यों का उपयोग करना है (उदाहरण के लिए, यदि आप पहले से ही एक और मूल्य का उपयोग कर रहे हैं, तो यह एक अच्छा विकल्प हो सकता है ताकि आप थोक में ऑर्डर कर सकें और इसे सस्ता कर सकें)।



क्या इनपुट पूर्वाग्रह इनपुट टर्मिनलों पर बड़े बाहरी अवरोधक के साथ कम नहीं होता है?
क्वांटम 231

यह हो सकता है, लेकिन यह लगभग निश्चित रूप से अनिर्दिष्ट है कि कितना, गैर-रैखिक, तापमान / अस्थायी बहाव निर्भर करता है, और तब भी इनपुट ऑफसेट वर्तमान समस्या को हल नहीं करता है जब तक कि आप दोनों पक्षों को संतुलित नहीं करते।
Helloworld922

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आपके विशिष्ट ऑप-एम्प सर्किट में, आरएफ और रिन के जंक्शन पर वोल्टेज गैर-इनवर्टिंग इनपुट पर वोल्टेज के समान है। ऐसा होना ही है - इसे आभासी पृथ्वी कहा जाता है। उस तथ्य को देखते हुए, इसका मतलब है कि आपका सिग्नल (विन) बिल्कुल रिन के इनपुट प्रतिबाधा को देखता है। इसका मतलब यह भी है कि आपके आउटपुट (किसी और चीज़ से जुड़े बिना) को आउटपुट लोड ड्राइव करना होगा जो कि आरएफ है।

ये दो तथ्य आमतौर पर तय करते हैं कि Rf और Rin बहुत छोटे नहीं हैं यानी वे 50 ओम या ऊपर की ओर हैं।

Op-amp में इसके बारे में अन्य बातें हैं, जिसका मतलब है कि आपको उच्च अंत रोकनेवाला मूल्यों से बचने की आवश्यकता है। य़े हैं: -

  • इनपुट से inverting इनपुट (आरएफ के समानांतर में प्रभाव में) से परजीवी समाई। यदि आरएफ बहुत बड़ा है, तो सर्किट की आवृत्ति प्रतिक्रिया स्पेक्ट्रम के उच्च अंत तक सीमित है।
  • यदि रिन बहुत बड़ा है तो इनपुट समाई कुछ अस्थिरता पैदा कर सकती है
  • तापमान के साथ रिसिस्टर शोर - यह एक प्रसिद्ध घटना और साधन है, कम शोर सर्किट आवश्यकताओं के लिए, आरएफ और रिन बहुत बड़ा नहीं होना चाहिए।
  • इनपुट्स में और बाहर लीकेज धाराएं डीसी त्रुटियों का कारण बनती हैं यदि प्रतिरोध बहुत बड़ा है।

मुझे लगता है कि अब के लिए पर्याप्त है!


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जब आप कहते हैं कि "सर्किट स्पेक्ट्रम के उच्च अंत तक सीमित है", तो क्या यह कहना ठीक है कि आपका बैंडविड्थ गिरा हुआ है! क्योंकि बड़े Rf के साथ आपका 1 / Rf * Cpara बाईं ओर स्थानांतरित हो गया है! अगर मैंने तुम्हारे उत्तर को गलत समझा तो मुझे सुधारो।
dr3patel

यह सही है।
एंडी उर्फ

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  • महत्वपूर्ण अंतरों में से एक यह इनपुट प्रतिबाधा है जो V (IN) देखता है, जो R (IN) के बराबर है।
  • एक और महत्वपूर्ण अंतर यह है कि उच्च प्रतिबाधा प्रतिरोधों के साथ, आप आसानी से शोर उठाते हैं और OPAMP के इनपुट बायस करंट का आउटपुट वोल्टेज ऑफसेट पर बड़ा प्रभाव पड़ेगा।
  • यह भी याद रखें कि आउटपुट आर (एफ) रोकनेवाला ड्राइव करने में सक्षम होना चाहिए।

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सबसे पहले, आपका आरेख एक inverting एम्पलीफायर है, न कि एक inverting जैसा कि आपके प्रश्न के लिए शीर्षक में है।

कुछ सामान्य प्रतिरोधक हैं जो लाभ के लिए अच्छा अनुपात बनाते हैं और बेहतर अभी तक, कम तापमान गुणांक और अच्छा प्रतिरोध अनुपात वाले सामान्य परिशुद्धता प्रतिरोधक हैं। मुझे सटीक भागों का उपयोग करना पसंद है यदि संभव हो तो। (एक ही ऑप-एम्प में कैप के लिए सच है जैसे कि इंटीग्रेटर्स के लिए - पॉलीस्टीरिन सटीक और तापमान स्थिर)। जैसे 10K / 1K या 33K / 3.3K। 100K / 10K से परे प्रतिरोध इतना अधिक हो जाता है कि सर्किट में छोटा समाई आपके सर्किट को एक इंटीग्रेटर या विभेदक (या कम पास फिल्टर) में बदलना शुरू कर देता है।

बहुत कम Rin मान इनपुट को लोड करते हैं और उच्च Rf मान आउटपुट प्रतिबाधा बढ़ाते हैं। ये समस्याएं आसानी से दूर हो जाती हैं। अधिकांश ऑप-एम्प पैकेज में एक से अधिक OA होते हैं। वोल्टेज अनुयायी के रूप में एक का उपयोग करें और अपने OA के इनपुट के रूप में जिसका लाभ है। आपका कुल सर्किट बहुत अधिक इनपुट प्रतिबाधा प्रस्तुत करता है और लाभ के साथ आपका OA इसके इनपुट पर बहुत कम प्रतिबाधा देखता है और आप कम मान या रिन का उपयोग कर सकते हैं। आप आउटपुट पर OA अनुयायी का उपयोग उच्च ड्राइव करंट और कम प्रतिबाधा आउटपुट के लिए भी कर सकते हैं। आप अगले सर्किट या एक समाक्षीय केबल आदि के प्रतिबाधा से मिलान करने के लिए आउटपुट को आसानी से कॉन्फ़िगर कर सकते हैं, मैं आरएफ के लिए उच्च परिशुद्धता कम टेम्पो रेसिस्टर्स या कम टेम्पो पॉट्स (या डिजिटल बर्तन) का उपयोग करना पसंद करता हूं और लाभ के लिए ट्रिम करता हूं।

मैंने भूकंपरोधी के लिए लो-पास के साथ 1000 (2 में एक पंक्ति 1 मिलियन देता है) के लाभ के लिए 1M / 1K का उपयोग किया है, लेकिन यह कुछ हर्ट्ज बैंडविड्थ है और नीच uA741 के साथ भी काम करता है। LM308 को बहुत कम ट्रिम की आवश्यकता होती है। तुलनात्मक रूप से अच्छे आधुनिक OA महान हैं। यदि आप Rf के लिए 10M से 100M क्षेत्र में आते हैं, तो आपकी बैंडविड्थ बंद हो जाएगी और शोर बढ़ जाएगा।


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दावा है कि "उच्च मूल्य प्रतिरोधक सटीक नहीं हैं, इसलिए यह आपको सटीक लाभ नहीं देगा" आमतौर पर अपने आप में काफी सच नहीं है (लेकिन अन्य कारणों से प्रॉक्सी द्वारा सच है, जैसा कि मैं नीचे चर्चा करूंगा)।

आरनाममात्र(1-एक्स)आरवास्तविकआरनाममात्र(1+एक्स)
आर1,नाममात्र(1-एक्स)आर2,नाममात्र(1+एक्स)(आर1आर2)वास्तविकआर1,नाममात्र(1+एक्स)आर2,नाममात्र(1-एक्स)

ध्यान दें, सबसे पहले, कि अनुपात पर सहिष्णुता व्यक्तिगत प्रतिरोधों पर सहिष्णुता से अधिक है। यदि आप एक सटीक लाभ चाहते हैं तो यह ध्यान में रखना अच्छा है। हालांकि, नाममात्र प्रतिरोध मूल्यों के साथ लाभ सहिष्णुता नहीं बढ़ती है, जब तक कि अनुपात स्थिर होता है।


हालांकि, बहुत बड़े प्रतिरोधक अन्य कारणों की वजह से सटीकता को कम करते हैं। दो जो पहले से ही अन्य उत्तरों में उल्लिखित हैं, वे हैं (i) पूर्वाग्रह और ऑफसेट धाराओं का प्रभाव; (ii) जॉनसन का शोर।

एक और कारण जिसका उल्लेख नहीं किया गया है, वह यह है कि बहुत बड़े प्रतिरोधक पर्यावरण के प्रतिरोध (जैसे पीसीबी) से तुलना करने लगते हैं, विशेष रूप से आर्द्रता और / या लवणता की उपस्थिति में। यह करता है उन्हें अनिश्चित है, क्योंकि वे अब जो कुछ भी उन्हें आसपास है के साथ समानांतर में सर्किट द्वारा देखा जाए।

नीचे की रेखा है, यदि संभव हो तो 1MOhm से बड़े प्रतिरोधों से बचने की कोशिश करें, और वास्तव में 10MOhm से अधिक कुछ भी बचने की कोशिश करें। स्पेक्ट्रम के दूसरे छोर पर, लगभग 1k आमतौर पर निचली सीमा होती है।

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