Come impedire la saturazione dell'amplificatore operazionale?

Come si può impedire a un amplificatore operazionale di andare in saturazione se il feedback viene disconnesso in modo intermittente?

Ad esempio, in questo circuito (caso semplificato di un problema di vita reale), l'amplificatore operante funge da sorgente di corrente per un carico, ma il carico può essere disconnesso a volte.

Quando il carico viene disconnesso, l'uscita dell'amplificatore operazionale passa al binario positivo e l'amplificatore operazionale entra in saturazione. Quando il carico viene ricollegato, l'amplificatore operazionale impiega più tempo per iniziare a regolare la corrente) e quindi ruota al setpoint di corrente previsto. A seconda dell'amplificatore operazionale, il tempo di recupero dalla saturazione potrebbe essere molto lungo. La corrente attraverso il carico è il massimo possibile per quel tempo (ahi).

Come si può evitare la saturazione in questo caso? Ci sono alcuni componenti aggiuntivi in ​​una rete di feedback che lo farebbe? Forse una sorta di circuito di clipping in ingresso o in uscita? Ci sono amplificatori operazionali che limiterebbero intrinsecamente le loro uscite (o ingressi) ad una certa tensione lontano dalle rotaie usando i circuiti integrati?

Un diodo zener collegato dall'uscita dell'amplificatore operazionale all'ingresso invertente (possibilmente con un diodo std in serie) e NON commutato da S1 più un resistore da Vsense all'ingresso invertente limiterà Vout + escursione. Se si tratta di una doppia fornitura, gli zener back to back faranno la stessa cosa simmetricamente.

Quando Vout si avvicina a Vzener viene fornito un feedback negativo. Il resistore da OA a Vsense deve essere abbastanza grande da consentire allo zener di dominare con un effetto minimo da Rsense.
Un 1K dovrebbe andare bene ma qualcosa come 100 x Rsense per valori bassi di Rsense dovrebbe essere un compromesso OK. La perdita di Zener a basse deviazioni di uscita dovrebbe essere "bassa". Una soluzione più elegante che implementa lo stesso principio con circuiti più complessi produrrebbe un effetto veramente minimo quando il carico è collegato.

Inserito il:

Il centro non può reggere! * Sapevo che avrei dovuto aggiungere un extra :-). Ho pensato di commentare la risposta in frequenza ma non l'ho fatto. Come ha sottolineato WhatRoughBeast, gli zener hanno capacità che potrebbe essere necessario tenere in considerazione, sebbene nella maggior parte dei casi l'effetto sia probabilmente minimo. ad esempio con dire Risol = 1k e se Czeners = 1 nF la costante di tempo è t = RC = 1000 x 10 ^ -9 = 1 uS. Con 100 R è 0,1 uS. Se questo conta o conta molto dipende dall'applicazione.

La capacità di Zener varia con (almeno) il modello, la tensione applicata (avanti o indietro), la frequenza. I valori reali possono variare ampiamente, ma 1 nF sembra una buona regola empirica per cominciare. Sono disponibili versioni a bassa capacità.

L'effetto dello zener polarizzato in avanti in serie con lo zener polarizzato inverso a tensioni << Vzener viene lasciato come esercizio per lo studente.

Questa nota applicativa RENESAS di 69 pagine offre un'eccellente panoramica delle caratteristiche del diodo zener. Le pagine 29-31 forniscono informazioni sugli aspetti della capacità di Zener - con numerosi grafici che mostrano esempi di tensione rispetto a capacità.

Serie:
.............. Capacità a 0,1 V
HZS-LL .... 1-10 pF
HZS-L ..... 10-40 pF
HZS ...... 30-200 pF HZ ......... 30-200 pF

MA questa precedente nota sull'applicazione ONSEMI Considerazioni sulla teoria e sulla progettazione di TVS / Zener indica in alcuni casi valori compresi nell'intervallo da 1 a 10 nF. La capacità inizia a pagina 34.

Questi zener hanno una capacità inferiore rispetto a molti a 150 pF tipici a 0 V a 1 MHz. La capacità diminuisce all'aumentare della tensione inversa.

Ecco alcuni zener ROHM appositamente progettati per essere a bassa capacità.

L'unico modo per impedire la saturazione di OpAmp è fornire un circuito di feedback interno.

Questo potrebbe essere fatto cambiando il passaggio da un SPST a un tipo DPST e aggiungendo un resistore di feedback locale Rfb.

Quando SW1 e SW2 sono aperti, il feedback viene fornito da Rfb. Il valore di Rfb sarebbe molto più grande di quello di RLoad in modo che con gli interruttori chiusi, RLoad e Rsense avrebbero il dominio. Ad esempio, se RLoad fosse 1k Ohm, Rfb potrebbe essere 100k Ohm.

Sai quando S1 è acceso e quando è spento (o aperto). Creare un segnale S1b (inverso di S1) e utilizzarlo nella seguente situazione:

Il tuo opamp è differenziale (e stai fornendo un diagramma semplice) o differenziale-a-single-ended. In entrambi i casi, puoi abbreviare il

1 - uscite differenziali in un amplificatore differenziale 2 - l'uscita single-ended verso il nodo interno nel ramo differenziale.

Naturalmente, questo uccide il guadagno, ma tutto è distorto correttamente e l'amplificatore non si satura.

Lo facciamo continuamente nei nostri circuiti. È semplice e funziona.

La soluzione più semplice sarebbe quella di parallelizzare il carico con una sorta di rete non lineare come due diodi Zener serie, due LED back-to-back o due diodi. Naturalmente la dispersione richiederebbe corrente dal carico, in modo che possa o meno produrre prestazioni accettabili.

Sono disponibili amplificatori operazionali che limitano, ma non sono poi così comuni. Potresti anche essere in grado di trovare un amplificatore operazionale convenzionale con un breve tempo di recupero.

Dovresti esaminare perché stai disconnettendo l'opamp dal suo carico in questo modo. Se si desidera arrestare la corrente, portare l'ingresso positivo su 0 sarebbe meglio.

Cosa stai cercando di realizzare nel complesso? Perché pensi di dover interrompere la connessione tra il carico e l'uscita dell'opamp? Fai un passo indietro di due livelli e spiega cosa sta realmente succedendo.