在该同相运算放大器电路中为电阻选择更好的值（以范围为单位）

这些天，我正在研究运算放大器；从我所看到的，至少在将它们连接为“同相”时，在电路中实现它们非常简单。通过计算两个电阻R1和R2（确定R2是否应称为“反馈电阻”），可以确定增益/放大倍数。

（图片摘自http://mustcalculate.com/electronics/noninvertingopamp.php。）

让我做一个实际的例子来说明我的问题在哪里：

在我的示例中，我选择将运算放大器（例如TLV272，它也是“轨到轨”）实现为“同相放大器”。然后，我想将10伏的电压增加到15伏（可以肯定的是，我将为15伏的电源供电给运放）。好吧：根据等式，我必须为R1选择一个20kΩ的值，为R2选择一个10kΩ的值，这等于3.522 dB的放大倍数（电压增益1.5）。

是的，但是我也可以通过选择R1为200kΩ和R2为100kΩ来执行相同的操作，或者增加这些值直到R1为200MΩ和R2为100MΩ（或者完全相反：R1为2毫欧，R2为1毫欧）：在所有这些情况下，我的增益仍为1.5，但电阻值的范围完全不同。

我无法理解标准（就范围而言）应如何选择这些电阻器。也许这个标准与运算放大器在其输入上必须操纵的信号类型有关？或者还有什么？在实际示例中，如果我使用“ R1 = 2kΩR2 = 1kΩ”和“ R1 = 200MΩR2 = 100MΩ”来增加信号，那会有什么不同？

编辑：我已经看到我的问题已被编辑，也可以更正我的语法：谢谢。对我的拼写错误感到抱歉，但英语不是我的主要语言。下次，我将尝试使自己的语法更准确。

如您所知，增益仅是两个电阻之比的函数。因此，乍看之下，2kΩ/ 1kΩ和2MΩ/ 1MΩ是等效的。理想情况下，它们是在增益方面，但还有其他考虑因素。

最明显的考虑因素是两个电阻从输出汲取的电流。在15 V输出时，2kΩ/1kΩ的组合产生3kΩ的负载，并且将汲取（15 V）/（3kΩ）= 5 mA。2MΩ/1MΩ的组合同样只会消耗5 µA。

这有什么关系？首先，除了要驱动的负载外，还必须考虑运算放大器是否还能提供5 mA的电流。也许5 mA没问题，但是显然某个地方有一个极限。它可以提供50 mA的电流吗？也许会，但可能不会。您不仅可以使R1和R2保持更低的电平，甚至不能保持它们的比率相同，并使电路继续工作。

即使运算放大器可以为您选择的R1 + R2值提供电流，也必须考虑是否要消耗该电流。在电池供电的设备中，这可能是一个真正的问题。5 mA的持续消耗电流可能远远超过电路其余部分的需求，这也是电池寿命缩短的主要原因。

高电阻也有其他限制。通常，高阻抗节点更容易拾取噪声，而高阻值电阻则具有更多固有噪声。

没有任何运算放大器是完美的，并且其输入阻抗不为零。R1和R2分压器形成阻抗R1 // R2的电压源，驱动运算放大器的反相输入。对于2MΩ/1MΩ，此并联组合为667kΩ。与运算放大器的输入阻抗相比，该值必须很小，否则会产生明显的失调误差。还必须考虑运算放大器的输入偏置电流。例如，如果输入偏置电流为1 µA，则由667kΩ电源驱动输入引起的偏移电压为667 mV。这是一个大错误，不太可能接受。

高阻抗的另一个问题是低带宽。总是会有一些寄生电容。例如，假设连接到两个电阻器和反相输入的网络对地的电容为10 pF。用667kΩ驱动时，您只有24 kHz的低通滤波器。这对于音频应用程序可能是可接受的，但是在许多其他应用程序中却是一个严重的问题。高频增益可能比运放的增益带宽乘积和反馈增益的期望值要少得多。

与工程中的所有内容一样，这是一个折衷。选择两个电阻器有两个自由度。您想要的增益仅固定1度。您必须权衡电流要求和输出阻抗来确定第二个。

如上所述，低值反馈电阻器具有放大器必须驱动的相对较高的电流。在反相放大器中，Rin设置输入阻抗，因此最好不要设置太低的值，因为信号源必须驱动该值。

另一方面，非常大的电阻器不仅会产生噪声（热噪声或约翰逊噪声），而且由于部件的固有电容*，它们会在反馈环路中形成滤波器，最坏的情况是会破坏环路稳定性。放大器的 除了以有趣且令人毛骨悚然的方式改变电路的交流响应之外，这种效果在增益较低时会变得更糟，并且在增益低于4（通常取决于特定的放大器）时，咬起来会很痛苦。实际上，有许多放大器专门设计为具有最小增益，并且在低于该增益时会不稳定（优势包括更好的瞬态规范）。

作为一般规则，无论是反相配置还是同相配置，我都将反馈电阻限制为不超过〜220k。如果不能产生足够的增益，请使用额外的增益级。

有一些技巧可以提高单级增益（反馈回路中的电阻器T网络是众所周知的），但放大器价格便宜，占用的空间可忽略不计。

在反相拓扑中，反馈电阻的选择主要取决于设置输入电阻（通常为最小）尺寸的信号源的要求。

• 当人们将电容定义为存在于两个不同电位的点之间时，这一点就变得很清楚

高温超导

给出一个非常简短的答案：几十 kΩs 的范围内可能会比较好（对于大多数运算放大器型号和大多数应用而言）。尝试 40kΩ的对于R ₁ 和 20千欧姆的R ₂。

当然，这并非在所有情况下都是理想的，但通常应在功耗与噪声水平之间进行合理权衡的情况下正常工作。Olin Lanthrop和Peter Smith详细解释了电阻值过高或过低会带来哪些不利条件。