¿Cómo evitar que el amplificador operacional se sature?

Un diodo zener conectado desde la salida del amplificador operacional a la entrada inversora (posiblemente con un diodo estándar en serie) y NO conmutado por S1 más una resistencia de Vsense a la entrada inversora limitará la excursión de Vout+. Si se trata de un suministro dual, los zeners consecutivos harán lo mismo simétricamente.

Cuando Vout se acerca a Vzener, se proporciona una retroalimentación negativa. La resistencia de OA- a Vsense debe ser lo suficientemente grande para que el zener domine con un efecto mínimo de Rsense.
Un 1K debería estar bien, pero algo así como 100 x Rsense para valores bajos de Rsense debería ser un buen compromiso. La fuga de Zener a bajas desviaciones de salida debe ser "baja". Una solución más elegante que implemente el mismo principio con circuitos más complejos produciría un efecto verdaderamente mínimo cuando la carga está conectada.

Agregado:

¡El centro no aguanta! * Sabía que debería haber agregado el extra :-). Pensé en comentar sobre la respuesta de frecuencia, pero no lo hice. Como ha señalado WhatRoughBeast, los zeners tienen una capacitancia que puede ser necesario tener en cuenta, aunque en la mayoría de los casos el efecto es probablemente mínimo. por ejemplo, con Risol= 1k y si Czeners = 1 nF entonces la constante de tiempo es t=RC = 1000 x 10^-9 = 1 uS. Con 100 R son 0,1 US. Si esto importa o importa mucho depende de la aplicación.

La capacitancia Zener varía con (al menos) el modelo, el voltaje aplicado (directo o inverso), la temperatura y la frecuencia. Los valores reales pueden variar ampliamente, pero 1 nF parece una buena regla general para empezar. Las versiones de baja capacitancia están disponibles.

El efecto del zener con polarización directa en serie con el zener con polarización inversa a voltajes << Vzener se deja como ejercicio para el estudiante.

Esta nota de aplicación de RENESAS de 69 páginas proporciona una excelente descripción general de las características del diodo zener. Las páginas 29 a 31 brindan información sobre aspectos de capacitancia zener, con numerosos gráficos que muestran ejemplos de voltaje versus capacitancia.

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

PERO esta antigua nota de aplicación de ONSEMI TVS/Zener Theory and Design Considerations indica valores en el rango de 1 a 10 nF en algunos casos. La capacitancia comienza en la página 34.

Estos zeners tienen una capacitancia más baja que muchos a 150 pF típicos a 0 V a 1 MHz. La capacitancia cae al aumentar el voltaje inverso.

Aquí hay algunos zeners ROHM diseñados específicamente para ser de baja capacitancia.

La única forma de evitar que el OpAmp se sature es proporcionar un circuito de retroalimentación interno.

Esto podría hacerse cambiando el interruptor de tipo SPST a DPST y agregando una resistencia de retroalimentación local Rfb.

Cuando SW1 y SW2 están abiertos, Rfb proporcionará retroalimentación. El valor de Rfb sería mucho mayor que el de RLoad, de modo que con los interruptores cerrados, RLoad y Rsense dominarían. Por ejemplo, si RLoad fuera 1k Ohm, Rfb podría ser 100k Ohm.

Sabe cuándo S1 está encendido y cuándo está apagado (o abierto). Cree una señal S1b (inversa de S1) y utilícela en la siguiente situación:

Su amplificador operacional es diferencial (y está proporcionando un diagrama simple) o diferencial a un solo extremo. En cualquier caso, puede acortar el

1 - salidas diferenciales en un amplificador diferencial 2 - la salida de un solo extremo al nodo interno en la rama diferencial.

Por supuesto, esto elimina la ganancia, pero todo está sesgado correctamente y el amplificador no se satura.

Hacemos esto todo el tiempo en nuestros circuitos. Es simple y funciona.

La solución más fácil sería conectar la carga en paralelo con algún tipo de red no lineal, como dos diodos Zener en serie, dos LED consecutivos o dos diodos. Por supuesto, la fuga tomaría corriente de la carga, por lo que puede o no producir un rendimiento aceptable.

Los amplificadores operacionales que limitan están disponibles, pero no son tan comunes. También puede encontrar un amplificador operacional convencional con un tiempo de recuperación corto.

Debe examinar por qué está desconectando el opamp de su carga de esa manera. Si desea apagar la corriente, sería mejor llevar la entrada positiva a 0.

¿Qué estás tratando de lograr en general? ¿Por qué crees que tienes que romper la conexión entre la carga y la salida del opamp? Retroceda dos niveles y explique lo que realmente está pasando.