この非反転オペアンプ回路の抵抗器に対して、より適切な値を（範囲に関して）選択します

最近、私はオペアンプを見ています。私が見たことから、少なくともそれらが「非反転」として接続されている場合、それらを回路に実装することは非常に簡単です。ゲイン/増幅の決定は、2つの抵抗R1とR2の計算を行うことで可能です（R2は「フィードバック抵抗」と呼ばれるべきですか？）

（画像はhttp://mustcalculate.com/electronics/nonposingopamp.phpから取得されます。）

私の質問がどこにあるのかを説明するための実用的な例を挙げましょう：

私の例では、「非反転アンプ」としてオペアンプ（「レールtoレール」でもあるTLV272など）を実装することを選択します。次に、10ボルトの電圧を15ボルトに上げたい（確かに、オペアンプに15ボルトの電源を供給します）。さて、方程式によって、R1には20kΩの値を選択し、R2には10kΩの値を選択する必要があります。これは、3.522 dB（電圧ゲイン1.5）の増幅に等しくなります。

ただし、R1を200kΩに、R2を100kΩに選択するか、R1を200MΩに、R2を100MΩに（またはまったく反対：R1に2ミリオーム、R2に1を選択）、同じことを行うこともできますミリオーム）：これらのすべての場合、私はまだ1.5のゲインを持ちますが、値の点では抵抗の範囲がまったく異なります。

これらの抵抗がどのように選択されるべきかという基準を（範囲に関して）理解できません。たぶん、この基準は、オペアンプが入力で操作しなければならない信号の種類に関連していますか？それとも他に何？実際の例では、「R1 = 2kΩR2 = 1kΩ」と「R1 = 200MΩR2 = 100MΩ」を使用して信号を増加させた場合の違いはどれですか？

編集：私の質問が編集され、文法も修正されたことを確認しました：ありがとう。スペルミスは申し訳ありませんが、英語は私の主要言語ではありません。次回は、文法をより正確にするための試みを行います。

理解したように、ゲインは2つの抵抗の比の関数にすぎません。したがって、一見すると、2kΩ/ 1kΩと2MΩ/ 1MΩは同等です。それらは、理想的にはゲインの観点からですが、他の考慮事項があります。

最も明白な考慮事項は、2つの抵抗が出力から引き出す電流です。15 V出力では、2kΩ/ 1kΩの組み合わせは3kΩの負荷を示し、（15 V）/（3kΩ）= 5 mAを消費します。2MΩ/1MΩの組み合わせでも同様に5 µAしか消費しません。

これは何の問題ですか？まず、オペアンプで駆動する負荷に加えて、オペアンプが5 mAをソースできるかどうかを考慮する必要があります。おそらく5 mAは問題ありませんが、明らかにどこかに制限があります。50 mAをソースできますか？たぶん、そうではないでしょう。R1とR2を低くし続けるだけでなく、それらの比率を同じに保ち、回路を引き続き動作させることはできません。

オペアンプが選択したR1 + R2値の電流を供給できる場合でも、その電流を費やすかどうかを考慮する必要があります。これは、バッテリー駆動のデバイスで実際の問題になる可能性があります。5 mAの連続ドレインは、残りの回路のニーズよりもはるかに多く、バッテリ寿命が短い主な理由です。

高抵抗には他の制限もあります。一般に、高インピーダンスのノードはノイズを拾いやすく、値の大きい抵抗はより固有のノイズを持ちます。

完璧なオペアンプはなく、その入力インピーダンスはゼロではありません。R1とR2の分圧器は、オペアンプの反転入力を駆動するインピーダンスR1 // R2の電圧源を形成します。2MΩ/1MΩの場合、この並列の組み合わせは667kΩです。これは、オペアンプの入力インピーダンスに比べて小さくする必要があります。そうしないと、オフセット誤差が大きくなります。オペアンプの入力バイアス電流も考慮する必要があります。たとえば、入力バイアス電流が1 µAの場合、入力を駆動する667kΩソースによって引き起こされるオフセット電圧は667 mVです。それは受け入れられそうにない大きなエラーです。

高インピーダンスの別の問題は、帯域幅が狭いことです。寄生容量は常に存在します。たとえば、2つの抵抗と反転入力に接続されたネットには、グランドに対して10 pFの静電容量があるとします。667kΩで駆動すると、わずか24 kHzのローパスフィルターが得られます。これは、オーディオアプリケーションには受け入れられるかもしれませんが、他の多くのアプリケーションでは深刻な問題です。高周波数では、オペアンプとフィードバックゲインのゲイン帯域幅積から予想されるよりもはるかに少ないゲインが得られる可能性があります。

エンジニアリングのすべてと同様に、それはトレードオフです。2つの抵抗の選択には2つの自由度があります。あなたが望む利得は、1度だけ釘付けになります。2番目を決定するには、現在の要件と出力インピーダンスをトレードオフする必要があります。

前述のように、値の小さいフィードバック抵抗には、アンプが駆動しなければならない電流が比較的大きくなります。反転増幅器では、Rinが入力インピーダンスを設定するため、信号ソースがこれを駆動する必要があるため、値を低くしすぎないことが最善です。

スケールのもう一方の端では、非常に大きな抵抗がノイズ（熱またはジョンソンノイズ）を生成するだけでなく、デバイスの自然な静電容量*により、フィードバックループでフィルターを形成し、最悪の場合ループの安定性を損なう可能性がありますアンプの。回路のAC応答を興味深い方法で変化させることとは別に、この効果はゲインが低いほど悪化し、4未満のゲイン（通常、特定のアンプによって異なります）は非常に痛く噛みつきます。実際、最小のゲインを持つように特別に設計され、このゲイン以下では不安定なアンプが数多くあります（利点には、過渡仕様の改善が含まれます）。

原則として、反転構成または非反転構成のいずれについても、フィードバック抵抗を最大220kに制限します。これで十分なゲインが得られない場合は、追加のゲインステージを使用します。

シングルステージのゲインを上げるためにできることはいくつかあります（フィードバックループ内の抵抗器のTネットワークはよく知られています）が、アンプは安価でスペースをほとんどとらない。

反転トポロジーでは、フィードバック抵抗の選択は主に、入力抵抗（通常は最小）サイズを設定する信号源の要件によって決まります。

• これは、電位の異なる任意の2点間に存在する静電容量を定義すると明らかになります。

HTH

本当に短い答えを出すには：数十 kΩ の範囲の何かがおそらく良いでしょう（ほとんどのOP-ampモデルとほとんどのアプリケーションで）。試す 40kΩのRのための₁ と 20kΩのR用の₂。

もちろん、これはすべての状況で理想的ではありませんが、通常は電力消費とノイズレベルの合理的なトレードオフで正常に動作するはずです。Olin LanthropとPeter Smithは、抵抗値が高すぎるまたは低すぎるとどのようなデメリットが生じるかを詳細に説明しました。