Как предотвратить насыщение операционного усилителя?

Как можно предотвратить насыщение операционного усилителя, если обратная связь периодически отключается?

Например, в этой схеме (упрощенный случай реальной проблемы) операционный усилитель действует как источник тока для нагрузки, но иногда нагрузка может быть отключена.

Когда нагрузка отключена, выход операционного усилителя переходит на положительную шину, и операционный усилитель переходит в насыщение. Когда нагрузка снова подключается, операционному усилителю требуется дополнительное время, чтобы начать регулирование тока), а затем он возвращается к ожидаемому заданному значению тока. В зависимости от операционного усилителя время восстановления после насыщения может быть очень большим. Ток через нагрузку является максимально возможным для этого времени (ой).

Как избежать насыщения в этом случае? Существуют ли дополнительные компоненты сети обратной связи, которые бы это делали? Возможно, какая-то схема ограничения входа или выхода? Существуют ли операционные усилители, которые по своей природе ограничивают свои выходы (или входы) некоторым напряжением от рельсов, используя встроенные схемы?

Стабилитрон, подключенный от выхода операционного усилителя к инвертирующему входу (возможно, с последовательным диодом STD) и НЕ переключаемый с помощью S1 плюс резистор от Vsense на инвертирующий вход, ограничит Vout + отклонение. Если это двойная поставка, то двухсторонние стабилитроны будут делать то же самое симметрично.

Когда Vout приближается к Vzener предоставляется отрицательный отзыв. Резистор от OA до Vsense должен быть достаточно большим, чтобы стабилитрон доминировал с минимальным эффектом от Rsense.
1K должно быть хорошо, но что-то вроде 100 x Rsense для низких значений Rsense должно быть хорошим компромиссом. Утечка стабилитрона при малых отклонениях на выходе должна быть «низкой». Более элегантное решение, реализующее тот же принцип с более сложной схемой, дало бы действительно минимальный эффект при подключении нагрузки.

Добавлено:

Центр не может удержаться! * Я знал, что должен был добавить дополнительные :-). Я думал о том, чтобы прокомментировать частотную характеристику, но не сделал этого. Как указал WhatRoughBeast, стабилитроны имеют емкость, которую, возможно, необходимо учитывать, хотя в большинстве случаев эффект, вероятно, минимален. например, с, скажем, Risol = 1k и если Czeners = 1 нФ, тогда постоянная времени равна t = RC = 1000 x 10 ^ -9 = 1 мкс. При 100 R это 0,1 мс. То, имеет ли это значение или имеет большое значение, зависит от приложения.

Емкость стабилитрона зависит от (как минимум) модели, приложенного напряжения (прямого или обратного), температуры, частоты. Фактические значения могут варьироваться в широких пределах, но 1 нФ кажется хорошим правилом для начала. Доступны версии с низкой емкостью.

Эффект прямого смещенного стабилитрона в серии с обратным смещенным стабилитроном при напряжениях << Vzener оставлен в качестве упражнения для ученика.

Эта 69-страничная прикладная заметка RENESAS содержит отличный обзор характеристик стабилитронов. Страницы 29-31 предоставляют информацию об аспектах емкости Зенера - с многочисленными графиками, показывающими примеры зависимости напряжения от емкости.

Серия:
.............. Емкость при 0,1 В
HZS-LL .... 1-10 пФ
HZS-L ..... 10-40 пФ
HZS ...... . 30-200 п.ф. ГЦ ......... 30-200 п.ф.

НО это устаревшее замечание по применению ONSEMI. Теория и принципы проектирования TVS / Zener в некоторых случаях указывают значения в диапазоне от 1 до 10 нФ. Емкость начинается на стр. 34.

Эти стабилитроны имеют меньшую емкость, чем многие при 150 пФ, типичные при 0 В при 1 МГц. Емкость падает с увеличением обратного напряжения.

Вот некоторые стабилитроны ROHM, специально разработанные для низкой емкости.

Единственный способ не допустить насыщения операционного усилителя - обеспечить внутреннюю петлю обратной связи.

Это можно сделать, переключив переключатель с SPST на тип DPST и добавив местный резистор обратной связи Rfb.

Когда SW1 и SW2 открыты, обратная связь будет предоставлена ​​Rfb. Значение Rfb будет намного больше, чем значение RLoad, поэтому при закрытых переключателях доминируют RLoad и Rsense. Например, если RLoad составляет 1 кОм, Rfb может быть 100 кОм.

Вы знаете, когда S1 включен, а когда он выключен (или разомкнут). Создайте сигнал S1b (обратный S1) и используйте его в следующей ситуации:

Ваш операционный усилитель является либо дифференциальным (и вы предоставляете простую диаграмму), либо дифференциальным к одноконечному. В любом случае вы можете сократить

1 - дифференциальные выходы в дифференциальном усилителе 2 - несимметричный выход на внутренний узел в дифференциальной ветви.

Конечно, это убивает усиление, но все смещено правильно и усилитель не насыщается.

Мы делаем это все время в наших цепях. Все просто и работает.

Самым простым решением будет параллельное включение нагрузки с какой-либо нелинейной сетью, такой как два последовательных стабилитрона, два последовательных светодиода или два диода. Конечно, утечка потребляет ток от нагрузки, так что может или не может привести к приемлемой производительности.

Операционные усилители, которые ограничивают, доступны, но они не так уж распространены. Вы также можете найти обычный операционный усилитель с коротким временем восстановления.

Вы должны выяснить, почему вы отключаете операционный усилитель от его нагрузки таким образом. Если вы хотите отключить ток, лучше установить положительный вход на 0.

Что вы пытаетесь достичь в целом? Как вы думаете, почему вы должны разорвать связь между нагрузкой и выходом операционного усилителя? Сделайте шаг назад на два уровня и объясните, что на самом деле происходит.