Operationsverstärker-Eingangswiderstand?

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Ich lese das Datenblatt für den TL064 durch , das diese Abbildung auf Seite 16 enthält:

TL064 Datenblatt Abbildung 19

Dies ist natürlich ein Instrumentenverstärker, der anscheinend den Ausgang eines invertierenden Verstärkers anstelle einer Erdung in der unteren rechten Ecke der obigen Abbildung verwendet. Was mich jedoch wirklich verwirrt, sind die 100-kΩ-Widerstände, die direkt an den nicht invertierenden Eingängen von drei der vier Eingänge angeschlossen sind Verstärker. Ich kann mich nicht erinnern, einen Instrumentenverstärkerschaltkreis in Büchern oder Anwendungsberichten gesehen zu haben, und alle Instrumentenverstärker, die ich mit dem Drei-Operationsverstärker-Schema gebaut habe, funktionieren auch ohne sie.

Die Datenblätter geben einen Eingangswiderstand von 10 ¹² Ω an, der 10.000.000-mal größer als 100 kΩ ist, sodass den bereits hochohmigen JFET-Eingängen anscheinend nichts hinzuzufügen ist. Ich dachte, dass es vielleicht etwas mit Eingangs-Bias-Strömen zu tun hat, aber das ist nur ich, der in der Dunkelheit einen wilden Stich macht.

Interessanterweise zeigt Abbildung 26 im selben Datenblatt (Seite 18) eine Version eines Instrumentenverstärkers mit zwei Operationsverstärkern ohne die 100-kΩ-Widerstände an den nicht invertierenden Operationsverstärkereingängen!

Was ist der Zweck der 100-kΩ-Widerstände an den nicht invertierenden Eingängen in der obigen Schaltung? Vermisse ich etwas völlig Offensichtliches?

— In silico
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Ich muss mich durchschleifen, um sicherzugehen, aber ich denke, dass diese Widerstände dazu da sind, den eingangsbasierten Strom zu reduzieren. Der Eingangswiderstand ist kein "echter" Widerstand als Komponente, daher gelingt es ihm nicht, den Eingangsvorspannungsstrom zu reduzieren. In einem präzisen Messkreis könnten diese Ströme möglicherweise Probleme verursachen, aber sie sind immer noch sehr klein.

— MathieuL

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Der TL064 verfügt über JFET-Eingänge. Im normalen Betrieb sind die Übergänge an den Gates immer in Sperrrichtung vorgespannt und haben daher eine sehr hohe Impedanz, und die Widerstände sind nicht sinnvoll. Vielleicht sind die Widerstände zur Strombegrenzung da, falls die Eingänge in Ausnahmefällen so negativ werden, dass der Übergang in Durchlassrichtung vorgespannt wird.

— Curd

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IMO dienen sie keinem Zweck, und sie können ausgelassen werden. Wenn sie den Eingangsversatz minimieren sollen, sollte auch eine Rückkopplung vom Ausgang zum invertierenden Eingang vorhanden sein. Beide Eingänge sollten die gleiche Impedanz haben.
Insbesondere bei sehr hohen Eingangsimpedanzen wie FET-Opamps scheint dies nicht erforderlich zu sein.

— stevenvh
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Ich habe dies gesehen, angeblich um die Bandbreite zu begrenzen (indem man sich auf die Eingangskapazität stützt) oder um den Eingangsstrom zu begrenzen, wenn die Versorgungsschienen überschritten werden - aber beide sind schlechte Ausreden für diese IMHO.

— MikeJ-UK

@Mike - Ja, ich habe auch über Kapazität nachgedacht, aber im Datenblatt sind keine Werte dafür angegeben. Die Eingänge scheinen auch keine Klemmdioden zu haben.

— stevenvh

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Hmm, ich bin nicht sehr überzeugt. Wenn der Hersteller sie dort selbst gezeichnet hat, dienen sie einem bestimmten Zweck. Das Datenblatt verdeutlicht nicht, ob der Opamp Klemmdioden hat oder nicht. Es wird eine Eingangsspannung von +/- 15 V angegeben. Wahrscheinlich sind die Widerstände dazu da, den Eingangsstrom zu begrenzen, wie @ MikeJ-UK sagt, falls bekannt ist, dass die Anwendung diese Eingangsspannungswerte überschreiten soll.

— Telaclavo

@Telaclavo - Ich glaube nicht, dass es explizite Klemmdioden gibt (abgesehen von den Eingangs-FET-Übergängen!) - und keine Erwähnung von Cin, daher mein Kommentar zu einer "schlechten Ausrede".

— MikeJ-UK

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@clabacchio - Wie OP sagte, ist die Eingangsimpedanz 10.000.000 mal höher! Selbst wenn ein Widerstand 50% niedriger ist, würde dies keinen Unterschied machen.

— stevenvh

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Es wird im Datenblatt nie besprochen, aber in der Praxis sind viele Spannungsfolger ohne den Serieneingangswiderstand instabil. Versuchen Sie, einen Spannungsfolger mit einem LME49710 zu bauen. Fahren Sie eine 150 Ohm Last. Verwenden Sie eine 1-kHz-Sinuswelle. Die Ausgabe sieht schrecklich aus, oder? Fügen Sie nun einen 10 KOhm Serienwiderstand am Eingang hinzu. Problem gelöst.

Auch ich würde gerne eine Erklärung dafür hören.

— Gregg Chapman
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Dies ist eher ein Kommentar zur ursprünglichen Frage als eine Antwort.

— Dave Tweed

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Ich vermute, die Instabilität hat mit einem schwachen Eingangsgeräusch zu tun, das vom Einspeisungsblock kommt. Durch Anlegen der Widerstände an die Eingänge wird die RC-Impedanz gegenüber Rauschen aufgrund der parasitären Kapazität des Operationsverstärkers erhöht.

— Davide

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Dies kann ein Fehler im Schaltplan sein. Möglicherweise war die Absicht, dass die 100K-Widerstände Nebenwiderstände zum Eingang sind und nicht in Reihe. Shunt-Widerstände würden dazu dienen, die Eingangsimpedanz auf 100 K zu senken. (Eine astronomische Eingangsimpedanz ist nicht immer wünschenswert: Zum einen ist sie störanfällig.) Der zweite Zweck besteht darin, eine Gleichstromrückführung bereitzustellen, wenn sich unmittelbar vor dem Eingang ein Koppelkondensator befindet. Ohne den auf Masse bezogenen Eingang wird der Kondensator aufgeladen, bis dieser Eingang aus einem nützlichen Bereich gebracht wird. Bei einem JFET-Eingang mit einem sehr kleinen Vorstrom kann dies Stunden oder Tage dauern!

Eine nette Diskussion dazu finden Sie hier: http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/41-08/amplifier_circuits.html

(Trotzdem greift dies "nach Strohhalmen": denn die Schaltung würde dann wahrscheinlich den Kondensator anzeigen.)

Was die in Reihe geschalteten Widerstände angeht; Ich stimme den anderen zu. Der wahrscheinliche Grund wäre ein Stromschutz für den Fall, dass der Eingang aufgrund von Überspannung ausfällt.

— Kaz
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Ich bin auf eine In-Amp-Schaltung zur Strommessung gestoßen, die ähnliche, mysteriöse Eingangswiderstände hatte (1,3 k an beiden Eingängen). Hinter den Widerständen steckt anscheinend die Absicht, Fehlerströme zu begrenzen, falls das CM über Schienen hinausgeht, z. B. wenn ein Sensor mit langen Zuleitungen abgetrennt wird. In dieser Application Note von Analog wird die Situation näher erläutert.

Die 100k-Widerstände im TI-Datenblatt scheinen jedoch ein wenig zu groß zu sein und erhöhen wahrscheinlich das Systemrauschen etwas.

— hlindblo
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Neben den genannten Gründen (Schutz, Stabilität, ...) möchte ich einen möglichen Grund hinzufügen: Bei einigen Operationsverstärkern muss die Quellenimpedanz beider Eingänge angepasst werden, um einen möglichst geringen Verzerrungsgrad zu erzielen. Dies wird zum Beispiel im OPA134 Datenblatt erklärt:

Der Widerstand wäre also vorhanden, um der Impedanz des anderen Eingangs zu entsprechen.

— trübe
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sollte es dann nicht 20 kOhm sein?

— michi7x7