Wie kann verhindert werden, dass der Operationsverstärker in die Sättigung geht?

Eine Zenerdiode, die vom Ausgang des Operationsverstärkers an den invertierenden Eingang angeschlossen ist (möglicherweise mit einer Standarddiode in Reihe) und NICHT von S1 geschaltet wird, sowie ein Widerstand von Vsense zum invertierenden Eingang, begrenzt die Auslenkung von Vout+. Wenn dies eine doppelte Versorgung ist, tun Back-to-Back-Zener dasselbe symmetrisch.

Wenn sich Vout Vzener nähert, wird eine negative Rückmeldung bereitgestellt. Der Widerstand von OA- zu Vsense muss groß genug sein, damit der Zener mit minimaler Wirkung von Rsense dominiert.
Ein 1K sollte in Ordnung sein, aber so etwas wie 100 x Rsense für niedrige Werte von Rsense sollte ein OK-Kompromiss sein. Der Zenerverlust bei geringen Ausgangsabweichungen sollte "niedrig" sein. Eine elegantere Lösung, die das gleiche Prinzip mit einer komplexeren Schaltung implementiert, würde wirklich minimale Wirkung erzielen, wenn die Last angeschlossen ist.

Hinzugefügt:

Das Zentrum kann nicht halten! * Ich wusste, ich hätte das Extra hinzufügen sollen :-). Ich dachte darüber nach, den Frequenzgang zu kommentieren, tat es aber nicht. Wie WhatRoughBeast betont hat, haben die Zener eine Kapazität, die möglicherweise berücksichtigt werden muss, obwohl der Effekt in den meisten Fällen wahrscheinlich minimal ist. zB mit sagen wir Risol= 1k und wenn Czeners = 1 nF dann ist die Zeitkonstante t=RC = 1000 x 10^-9 = 1 uS. Bei 100 R sind es 0,1 uS. Ob dies wichtig oder sehr wichtig ist, hängt von der Anwendung ab.

Die Zenerkapazität variiert (mindestens) mit dem Modell, der angelegten Spannung (Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung), der Temperatur und der Frequenz. Die tatsächlichen Werte können stark variieren, aber 1 nF scheint eine gute Faustregel für den Anfang zu sein. Versionen mit niedriger Kapazität sind verfügbar.

Der Effekt des in Vorwärtsrichtung vorgespannten Zeners in Reihe mit dem in Sperrichtung vorgespannten Zener bei Spannungen << Vzener wird dem Schüler als Übung überlassen.

Dieser 69-seitige Anwendungshinweis von RENESAS bietet einen hervorragenden Überblick über die Eigenschaften von Zenerdioden. Die Seiten 29-31 bieten Informationen zu Aspekten der Zenerkapazität – mit zahlreichen Diagrammen, die Beispiele für Spannung gegenüber Kapazität zeigen.

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

ABER diese ältere ONSEMI-Anwendungsnotiz TVS/Zener Theory and Design Considerations gibt in einigen Fällen Werte im Bereich von 1 bis 10 nF an. Kapazität ab Seite 34.

Diese Zener haben eine geringere Kapazität als viele bei 150 pF, typisch bei 0 V bei 1 MHz. Die Kapazität sinkt mit zunehmender Sperrspannung.

Hier sind einige ROHM-Zener , die speziell für niedrige Kapazität ausgelegt sind.

Die einzige Möglichkeit, den OpAmp vor der Sättigung zu bewahren, besteht darin, eine innere Rückkopplungsschleife bereitzustellen.

Dies könnte durch Ändern des Schalters von einem SPST-Typ zu einem DPST-Typ und Hinzufügen eines lokalen Rückkopplungswiderstands Rfb erfolgen.

Wenn SW1 und SW2 offen sind, würde Rfb eine Rückmeldung liefern. Der Wert von Rfb wäre viel größer als der von RLoad, so dass bei geschlossenen Schaltern RLoad und Rsense dominieren würden. Wenn beispielsweise RLoad 1k Ohm wäre, könnte Rfb 100k Ohm sein.

Sie wissen, wann S1 eingeschaltet ist und wann es ausgeschaltet (oder offen) ist. Erstellen Sie ein S1b-Signal (invers von S1) und verwenden Sie es in der folgenden Situation:

Ihr Operationsverstärker ist entweder differentiell (und Sie stellen ein einfaches Diagramm bereit) oder differentiell zu Single-Ended. In jedem Fall können Sie die kurzschließen

1 - Differenzausgänge in einem Differenzverstärker 2 - der Single-Ended-Ausgang zum internen Knoten im Differenzzweig.

Das tötet natürlich die Verstärkung, aber alles ist richtig vorgespannt und der Verstärker sättigt nicht.

Wir tun dies die ganze Zeit in unseren Schaltungen. Es ist einfach, und es funktioniert.

Die einfachste Lösung wäre, die Last mit einer Art nichtlinearem Netzwerk wie zwei Reihen-Zener-Dioden, zwei Back-to-Back-LEDs oder zwei Dioden parallel zu schalten. Natürlich würde der Leckstrom Strom von der Last nehmen, so dass eine akzeptable Leistung erzielt werden kann oder nicht.

Operationsverstärker, die begrenzen, sind verfügbar, aber sie sind nicht allzu häufig. Möglicherweise finden Sie auch einen herkömmlichen Operationsverstärker mit einer kurzen Erholungszeit.

Sie sollten untersuchen, warum Sie den Operationsverstärker auf diese Weise von seiner Last trennen. Wenn Sie den Strom abschalten möchten, ist es besser, den positiven Eingang auf 0 zu treiben.

Was versuchst du insgesamt zu erreichen? Warum müssen Sie Ihrer Meinung nach die Verbindung zwischen der Last und dem Ausgang des Operationsverstärkers unterbrechen? Gehen Sie zwei Ebenen zurück und erklären Sie, was wirklich los ist.