Como evitar que o amplificador operacional fique saturado?

Como impedir que um amplificador operacional fique saturado se o feedback for desconectado intermitentemente?

Por exemplo, neste circuito (caso simplificado de um problema da vida real), o amplificador operacional atua como uma fonte de corrente para uma carga, mas a carga pode ser desconectada algumas vezes.

Quando a carga é desconectada, a saída do amplificador operacional passa para o trilho positivo e o amplificador operacional entra em saturação. Quando a carga é reconectada, o amplificador operacional leva um tempo extra para começar a regular a corrente) e depois gira para o ponto de ajuste de corrente esperado. Dependendo do amplificador operacional, o tempo para se recuperar da saturação pode ser muito longo. A corrente através da carga é a máxima possível para esse tempo (ai).

Como a saturação pode ser evitada neste caso? Existem alguns componentes adicionais em uma rede de feedback que o fariam? Talvez algum tipo de circuito de recorte de entrada ou saída? Existem amplificadores operacionais que inerentemente limitariam suas saídas (ou entradas) a alguma voltagem dos trilhos usando circuitos internos?

Um diodo zener conectado da saída do amplificador operacional à entrada inversora (possivelmente com um diodo padrão da série) e NÃO comutado por S1 mais um resistor de Vsense para entrada inversora limitará a excursão Vout +. Se for um suprimento duplo, os zeners consecutivos farão a mesma coisa simetricamente.

Quando o Vout se aproxima do Vzener, é fornecido feedback negativo. O resistor de OA a Vsense precisa ser grande o suficiente para que o zener domine com efeito mínimo do Rsense.
Um 1K deve ser bom, mas algo como 100 x Rsense para valores baixos de Rsense deve ser um compromisso aceitável. O vazamento de Zener com baixos desvios de saída deve ser "baixo". Uma solução mais elegante, implementando o mesmo princípio com circuitos mais complexos, produziria um efeito verdadeiramente mínimo quando a carga estiver conectada.

Adicionado:

O centro não pode aguentar! * Eu sabia que deveria ter adicionado o extra :-). Pensei em comentar sobre a resposta em frequência, mas não o fiz. Como o WhatRoughBeast apontou, os zeners têm capacitância que pode precisar ser contabilizada, embora na maioria dos casos o efeito seja provavelmente mínimo. por exemplo, digamos Risol = 1k e se Czeners = 1 nF, a constante de tempo é t = RC = 1000 x 10 ^ -9 = 1 uS. Com 100 R é de 0,1 uS. Se isso importa ou importa muito depende da aplicação.

A capacitância do Zener varia de acordo com (pelo menos) o modelo, a tensão aplicada (para frente ou para trás), a temperatura e a frequência. Os valores reais podem variar muito, mas 1 nF parece uma boa regra geral para começar. Versões de baixa capacitância estão disponíveis.

O efeito do zener de polarização direta em série com o zener de polarização reversa em tensões << Vzener é deixado como exercício para o aluno.

Esta nota de aplicação da RENESAS de 69 páginas fornece uma excelente visão geral das características do diodo zener. As páginas 29-31 fornecem informações sobre os aspectos da capacitância do zener - com vários gráficos mostrando exemplos de tensão versus capacitância.

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

MAS, esta nota de aplicação ONSEMI mais antiga, considerações sobre teoria e design do TVS / Zener, indica valores em 1 a 10 nF em alguns casos. A capacitância começa na página 34.

Esses zeners têm capacitância mais baixa do que muitos a 150 pF típicos em 0V a 1 MHz. A capacitância cai com o aumento da tensão reversa.

Aqui estão alguns zeners da ROHM projetados especificamente para serem de baixa capacitância.

A única maneira de impedir a saturação do OpAmp é fornecer um loop de feedback interno.

Isso pode ser feito alterando o comutador para de um tipo SPST para DPST e adicionando um resistor de feedback local Rfb.

Quando SW1 e SW2 estiverem abertos, o feedback será fornecido pelo Rfb. O valor de Rfb seria muito maior que o de RLoad, de modo que, com os comutadores fechados, RLoad e Rsense dominassem. Por exemplo, se RLoad fosse 1k Ohm, Rfb poderia ser 100k Ohm.

Você sabe quando S1 está ativado e quando está desativado (ou aberto). Crie um sinal S1b (inverso de S1) e use-o na seguinte situação:

Seu opamp é diferencial (e você está fornecendo um diagrama simples) ou diferencial com extremidade única. Em ambos os casos, você pode reduzir o

1 - saídas diferenciais em um amplificador diferencial 2 - a saída simples para o nó interno no ramo diferencial.

Obviamente, isso mata o ganho, mas tudo é tendencioso corretamente e o amplificador não satura.

Fazemos isso o tempo todo em nossos circuitos. É simples e funciona.

A solução mais fácil seria paralelizar a carga com algum tipo de rede não linear, como dois diodos Zener da série, dois LEDs consecutivos ou dois diodos. É claro que o vazamento levaria corrente da carga, de modo que pode ou não produzir um desempenho aceitável.

Amplificadores operacionais limitados estão disponíveis, mas não são tão comuns. Você também pode encontrar um amplificador operacional convencional com um tempo de recuperação curto.

Você deve examinar por que está desconectando o opamp de sua carga dessa maneira. Se você deseja desligar a corrente, direcionar a entrada positiva para 0 seria melhor.

O que você está tentando realizar em geral? Por que você acha que precisa interromper a conexão entre a carga e a saída do opamp? Recue dois níveis e explique o que realmente está acontecendo.