¿Cómo puedo recortar el voltaje más rápido?

Tengo este circuito de prueba, que tiene esta señal:ingrese la descripción de la imagen aquí

V1 puede cambiar de 1 a 30 V, V2 puede cambiar de 0 a 4 V pico a pico. Necesito recortar la señal a aproximadamente 3 - 4 V para alimentarla a un amplificador operacional, que tiene un voltaje de suministro dividido de aproximadamente -5 y +5 V. Así que agregué dos diodos zener y la señal fue recortada:ingrese la descripción de la imagen aquí

Pero no fue lo suficientemente rápido, durante aproximadamente 300 microsegundos, la señal aún estaba por encima de 5 V, el voltaje de la fuente de alimentación del amplificador operacional, que, supongo, puede dañar el amplificador operacional:ingrese la descripción de la imagen aquí

¿Cómo puedo recortar el voltaje más rápido, sin distorsionar la señal que está por debajo de 3 a 4 voltios?

Actualización: si alguien está interesado, aquí está el análisis con una resistencia en serie, como Andy alias ha propuesto a continuación en su solución:ingrese la descripción de la imagen aquí ingrese la descripción de la imagen aquí

¿Utilice el hecho de que tiene una sobrecarga de 2 V para jugar, prepolarice un diodo Zener al nivel de abrazadera que desee y haga una abrazadera activa?
¿Podría por favor elaborar? ¿Cómo puedo darme cuenta de eso sin perturbar la señal que quiero medir?
@ThomasAnderson Estoy un poco confundido: ¿qué es exactamente lo que quieres medir?
@MarcusMüller Necesito medir el máximo. amplitud de V2 (la componente de ca).
Depende ¿Cuánto es "sin perturbaciones"? Empecé a dibujar un seguidor de emisor para usted, pero en ese momento también podría agregar un amplificador operacional de ganancia unitaria con un suministro de +- 3 V que tiene una buena recuperación de la sobretensión en la entrada. Por otra parte, en ese momento, ¿no puedes simplemente cambiar el amplificador operacional que estás alimentando?
Winny, no tengo ni idea de lo que estás hablando.
Intentaré reformular. Siento un problema XY. Su opamp está alimentado por +-5V, pero no puede aceptar el voltaje de modo común completo en la entrada. Esto es común. Desea solucionar el problema sujetando la entrada para evitar esa situación. Esta es una solución XY a su problema. ¿Se le permite cambiar el opamp en su diseño? En caso afirmativo, ¿por qué no puede elegir uno que sea de riel a riel en la entrada y pueda aceptar el rango completo de +5 a -5 V? Si su señal está fuera de eso, hay amplificadores operacionales que también pueden sobrevivir.
Entonces, cree que una mejor solución al problema sería usar un amplificador operacional diferente en lugar de la sujeción. Quizás estás en lo cierto. ¿Qué amplificador operacional recomendaría para la tarea dada (entrada de hasta 32 V, fuente de alimentación +5 y -5 V)?
Maxim MAX4163 o similar (aquí está en el límite de Vsupply), probablemente con resistencias en serie en la entrada para limitar la corriente.
Gracias por la sugerencia, Winny. Necesitaré un amplificador operacional de alta velocidad de respuesta, pero su comentario es útil, lo tendré en cuenta.

Respuestas (1)

No tienes ninguna resistencia limitadora de corriente. Incluso 1 ohm ayudaría a aliviar el problema de las grandes corrientes que fluyen a través de C1 hacia D1 y D2: -

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Claramente, cuanto mayor sea la resistencia añadida, mejor será la situación. Por supuesto, es posible que pueda salirse con la suya con 10 Ω. Tal vez también debería agregar una resistencia de 1 kΩ en serie con la entrada de su amplificador operacional; esto también evitará la sobrecarga de corriente de entrada en su amplificador operacional.

Andy alias, tienes razón, se necesitará algo de protección. Pero en este circuito de prueba los zeners tienen una resistencia dinámica de unos 10 ohmios cada uno, en serie son 20 ohmios. A 12 V esto da alrededor de 600 mA por un corto tiempo de algunos microsegundos. Los zeners están clasificados para soportar una sobretensión de 1380 mA. ¿Cómo calculaste cientos de amperios? Acerca de las entradas de amplificadores operacionales, pensé que no consumen tanta corriente. ¿Podría explicar el papel de esa resistencia de 1k?
Está utilizando micro-cap, así que trace el aumento actual en esos zeners. Es posible que descubras que no están modelados exactamente como crees. Siempre verifique dos veces los modelos es una regla para mí. Por supuesto que puedo estar equivocado. Cuando el voltaje de entrada se eleva por encima del riel de suministro en el amplificador operacional, la entrada toma corriente, por lo que agregar la resistencia reduce esa corriente a niveles aceptables.
Andy, también conocido como, el análisis transitorio da que la corriente a través de zeners cae de aproximadamente 425 mA (valor máximo) a aproximadamente 6 mA en 1 milisegundo. Por supuesto, en realidad será diferente, pero tal vez no tanto. Gracias por la pista con una resistencia de entrada. ¿Hay alguna forma de asegurarse de que evitará que el amplificador operacional se queme?
OK, 425 mA suena ahora. Miré la hoja de datos de Zener y calculé el voltaje máximo en función de la resistencia dinámica; si desea una sujeción mejorada, elija una resistencia en serie como mencioné o use zeners más robustos. Con respecto a la resistencia de entrada, la hoja de datos del amplificador operacional generalmente indicará cuánta corriente puede introducir de manera segura en su entrada. Entonces, si dice (digamos) 5 mA, entonces debe intentar no empujar nada más de 2.5 mA en su pin de entrada. Dado que su amplificador operacional puede funcionar con 5 voltios, básicamente tiene 7 voltios en la resistencia. Entonces, 7 voltios / 2,5 mA = 2800 ohmios.
¡Gracias! Era escéptico acerca de esta resistencia en serie, ¡pero hice el análisis y funcionó! En cuanto a las entradas de corriente. Encontré una clasificación máxima absoluta para la corriente de entrada en solo una hoja de datos, es de hecho 5 mA, pero la hoja de datos dice: "Esta corriente de entrada solo existe cuando el voltaje en cualquiera de los cables de entrada es negativo". Por lo tanto, asumo que esta clasificación es para la corriente expulsada del amplificador operacional. ¿Es válido suponer que la misma clasificación es aplicable a la corriente impulsada al amplificador operacional por el sobrevoltaje de entrada? Los semiconductores tienen clasificaciones diferentes para direcciones opuestas.
No sé: enlace a la hoja de datos y qué página @ThomasAnderson
Aquí está el enlace: st.com/resource/en/datasheet/lm158.pdf página 3
El LM158 usa un transistor Darlington PNP en su entrada y, por lo tanto, debería poder vivir con un voltaje de entrada que es aproximadamente 10 voltios más alto que su voltaje de suministro positivo, pero es un dispositivo viejo y crujiente y los detalles de la hoja de datos son un poco escasos en eso parte (y la parte TI) entonces, después de la resistencia limitadora de corriente, agregaría un diodo que va desde el pin de entrada hasta Vcc del chip solo para tener cuidado. La hoja de datos de TI también dice esto: las entradas pueden exceder VS hasta el VS máximo sin dañar el dispositivo (una ayuda bastante útil). El diablo está en los detalles y vale la pena consultar con otros proveedores.
Gracias de nuevo. Abrí la hoja de datos de Texas Instruments, pero no me di cuenta de eso. Ejecuté el análisis con el diodo y la resistencia en serie en la entrada; funciona bien.
¿Cómo puedo recortar el voltaje más rápido?
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