Gibt es eine einfache Möglichkeit, einen Bipolarkondensator mit einem 5-V-Signal und einem MOSFET / BJT zu entladen?

Reset-Schalter

Aufgrund der Body-Diode sollten Sie hierfür keine diskreten MOSFETs verwenden. Ein einzelner SPST-Analogschalter wie der DG417 oder DG9421 wäre für diese Aufgabe ideal. Diese Bauelemente haben einen logischen Schwellwert und können aufgrund der Tatsache, dass sie ein Übertragungsgatter verwenden, über einen weiten Spannungsbereich betrieben werden .

Nur eine Warnung: Sie sollten wahrscheinlich einen Widerstand in Reihe mit dem Schalter schalten, damit Sie innerhalb der maximalen Nennleistung des Teils bleiben.

Nullstellung der Ausgabe

Ich würde nicht empfehlen, den Ausgang des Operationsverstärkers zu erden. Obwohl die meisten kleinen Operationsverstärker dies überleben, müssen Sie bedenken, was passiert, wenn Sie den Operationsverstärker ausschalten. Während des Zurücksetzens wird die Ausgangsstufe höchstwahrscheinlich in die Sättigung gehen. Diese Sättigung wird in den nächsten Integrationszyklus "übertragen" und verursacht eine große (und unvorhersehbare) Spannungsspitze, wenn der Operationsverstärker versucht, die plötzliche Änderung des Ausgangsstroms zu kompensieren. Stattdessen empfehle ich eine der folgenden Optionen.

Option 1 : Verwenden Sie einen kleineren Widerstand für Ihren Reset. Dadurch wird der Ausgang nicht wirklich auf Null gesetzt . Ich würde einen 220-Ω-Widerstand empfehlen, da er den Strom in Kombination mit dem Schalterwiderstand auf 100 mA begrenzt (die maximale 1-ms-Impulsstromstärke für das DG417). Dies ist eine Worst-Case-Berechnung (24 V über dem Kondensator).

$I = 100\mathrm{mA} = \frac{24}{20 + 220}$

Beachten Sie, dass der 100-mA-Impuls viel kürzer als 1 ms ist. In diesem Fall beträgt die Zeitkonstante während der Entladung 240 μs. Außerdem wird dadurch Ihr Ausgang nicht wirklich auf Null gesetzt: Es bildet einen Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz von 660 Hz und einer DC-Verstärkung von -12 dB.

Option 2: Wenn Sie wirklich möchten, dass der Ausgang auf Null bleibt, können Sie jederzeit einen SPDT-Analogschalter (z. B. den DG419 ) zwischen dem Eingangswiderstand und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers hinzufügen. Deine Schaltung würde dann ungefähr so ​​aussehen:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Wenn Sie sich große Sorgen um Transienten machen (wahrscheinlich nicht), können Sie einen DPDT-Schalter verwenden, der Ihren Eingangswiderstand separat mit Masse verbindet, sodass die vorherige Stufe eine konstante Last sieht.

Komponentenauswahl

Wie @Sunnyskyguy EE75 in den Kommentaren erwähnt hat, werden Sie Probleme haben, einen 1-μF-Kondensator zu finden, der in einem Integrator gut funktioniert. Aufgrund einer Vielzahl von Faktoren (dielektrische Absorption, Leckage, Temperaturschwankungen usw.) ist es am besten, entweder einen Kunststofffolien- (PP/PS/PPS) oder einen Keramikkondensator der Klasse I (C0G/NP0) zu verwenden. Diese sind im Allgemeinen auf ziemlich kleine Werte (max. 10 s von nF) begrenzt. Daher sollten Sie einen kleineren Kondensator und einen größeren Eingangswiderstand verwenden.

Eine kleine Warnung: Mit zunehmendem Wert des Eingangswiderstands wird der Eingangsruhestrom des Operationsverstärkers immer bedeutender. Am Beispiel OP07C ($I_B$von ±7 nA), führt ein Eingangswiderstand von 1 MΩ zu einem Offset von 7 mV zwischen den Anschlüssen des Operationsverstärkers. Dies ist eine Größenordnung höher als die Eingangsoffsetspannung des OP07.

Obwohl es oft nicht im MOSFET-Symbol angezeigt wird, haben sie alle eine Diode zwischen Source und Drain. Dies wird als Body-Diode bezeichnet.

Wenn die Source um mehr als ein wenig positiver als der Drain wird, leitet der MOSFET unabhängig von der Gate-Spannung.

Sie können dies möglicherweise lösen, indem Sie einen zweiten MOSFET in Reihe schalten, wobei Source und Drain wie folgt vertauscht sind:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Die FET-Body-Diode hat die Anode an Source, was am OA-Ausgang Vout max = 0,7 V verursacht, während die OA-Eingänge im linearen Betriebsmodus auf 0 V liegen.

Ihr Design zeigt T = 1 ms mit R = 1k, C = 1uF. Sie haben keine Designvorgaben für Integrationszeit und Entladezeit gemacht.

Eine praktischere Lösung könnte ein Übertragungsgatter oder einen bipolaren Analogschalter mit Logikpegelsteuerung verwenden. Oder geeignete Logikumwandlung.

Ziehen Sie auch eine stabile Kunststoffkappe mit geringer Leckage in Betracht, mit einem viel kleineren Wert wie 1 nF und einem viel höheren R-Wert wie 1 M, wenn Sie 1 ms mit einer viel höheren Impedanz oder einem niedrigen Eingangsvorspannungsstrom OA benötigen, wie Sie gezeigt haben. WENN Sie eine hohe Genauigkeit benötigen, wählen Sie COG/NP0-Keramikkappen, die keine Speicher- oder Mikrofonprobleme haben, wie Standard-Keramikkappen.