Wie kann verhindert werden, dass der Operationsverstärker gesättigt ist?

Wie kann verhindert werden, dass ein Operationsverstärker in die Sättigung geht, wenn die Rückkopplung zeitweise unterbrochen wird?

In dieser Schaltung (vereinfachter Fall eines realen Problems) fungiert der Operationsverstärker beispielsweise als Stromquelle für eine Last, die Last kann jedoch manchmal getrennt werden.

Wenn die Last getrennt wird, geht der Operationsverstärkerausgang auf die positive Schiene und der Operationsverstärker geht in die Sättigung. Wenn die Last wieder angeschlossen wird, benötigt der Operationsverstärker zusätzliche Zeit, um die Stromregelung zu starten, und schwenkt dann auf den erwarteten Stromsollwert. Je nach Operationsverstärker kann die Zeit zur Erholung von der Sättigung sehr lang sein. Der Strom durch die Last ist das maximal mögliche für diese Zeit (autsch).

Wie kann in diesem Fall eine Sättigung vermieden werden? Gibt es einige zusätzliche Komponenten für ein Feedback-Netzwerk, die dies tun würden? Vielleicht eine Art Eingangs- oder Ausgangsbeschneidungsschaltung? Gibt es Operationsverstärker, die ihre Ausgänge (oder Eingänge) mithilfe integrierter Schaltkreise von Natur aus etwas von den Schienen weg begrenzen würden?

Eine Zenerdiode, die vom Operationsverstärkerausgang an den invertierenden Eingang (möglicherweise mit einer seriellen Standarddiode) angeschlossen und NICHT von S1 plus einem Widerstand von Vsense zum invertierenden Eingang geschaltet wird, begrenzt die Vout + -Exkursion. Wenn dies eine doppelte Versorgung ist, machen Back-to-Back-Zenere dasselbe symmetrisch.

Wenn sich Vout Vzener nähert, wird eine negative Rückkopplung bereitgestellt. Der Widerstand von OA- nach Vsense muss groß genug sein, damit der Zener mit minimaler Wirkung von Rsense dominieren kann.
Ein 1K sollte in Ordnung sein, aber so etwas wie 100 x Rsense für niedrige Rsense-Werte sollte ein OK-Kompromiss sein. Die Zenerleckage bei geringen Ausgangsabweichungen sollte "gering" sein. Eine elegantere Lösung, die dasselbe Prinzip mit komplexeren Schaltkreisen implementiert, würde beim Anschließen der Last einen wirklich minimalen Effekt erzielen.

Hinzugefügt:

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

Die Zener-Kapazität variiert je nach (mindestens) Modell, angelegter Spannungstemperatur (vorwärts oder rückwärts) und Frequenz. Die tatsächlichen Werte können stark variieren, aber 1 nF scheint zunächst eine gute Faustregel zu sein. Versionen mit niedriger Kapazität sind verfügbar.

Die Wirkung des vorwärts vorgespannten Zener in Reihe mit dem rückwärts vorgespannten Zener bei Spannungen << Vzener bleibt dem Schüler als Übung.

Dieser 69-seitige RENESAS-Anwendungshinweis bietet einen hervorragenden Überblick über die Eigenschaften von Zenerdioden. Die Seiten 29-31 enthalten Informationen zu Zener-Kapazitätsaspekten. Zahlreiche Diagramme zeigen Beispiele für Spannung und Kapazität.

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 dieser ältere ONSEMI-Anwendungshinweis TVS / Zener-Theorie und Design-Überlegungen geben in einigen Fällen Werte im Bereich von 1 bis 10 nF an. Die Kapazität beginnt auf Seite 34.

Diese Zenere haben eine geringere Kapazität als viele bei 150 pF, typisch für 0 V bei 1 MHz. Die Kapazität nimmt mit zunehmender Sperrspannung ab.

Hier sind einige ROHM-Zenere, die speziell für niedrige Kapazitäten entwickelt wurden.

Die einzige Möglichkeit, die Sättigung des OpAmp zu verhindern, besteht darin, eine innere Rückkopplungsschleife bereitzustellen.

Dies könnte erreicht werden, indem der Schalter von einem SPST auf einen DPST-Typ umgestellt und ein lokaler Rückkopplungswiderstand Rfb hinzugefügt wird.

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

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

Ihr Operationsverstärker ist entweder differenziell (und Sie stellen ein einfaches Diagramm bereit) oder differenziell zu Single-Ended. In beiden Fällen können Sie die kurzschließen

1 - Differenzausgänge in einem Differenzverstärker 2 - Single-Ended-Ausgang an den internen Knoten im Differenzzweig.

Dies verringert natürlich die Verstärkung, aber alles ist richtig vorgespannt und der Verstärker ist nicht gesättigt.

Wir machen das die ganze Zeit in unseren Schaltkreisen. Es ist einfach und es funktioniert.

Die einfachste Lösung wäre, die Last mit einer Art nichtlinearem Netzwerk parallel zu schalten, z. B. zwei Zener-Dioden, zwei hintereinander angeordneten LEDs oder zwei Dioden. Natürlich würde die Leckage der Last Strom entnehmen, so dass eine akzeptable Leistung erzielt werden kann oder nicht.

Begrenzte Operationsverstärker sind verfügbar, aber 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 setzen.

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