Configuración del regulador Opamp Zener

[No se proporciona TL;DR]

Soy un estudiante universitario de ingeniería electrónica y estoy trabajando en el diseño de una fuente de alimentación lineal de sobremesa con limitación de corriente plegable. Inspirándome en los diseños de Internet (tipos 30V-3A en su mayoría), ya se me ocurrió un diseño completo y, con la ayuda de LTspice, resolví la mayoría de los problemas de oscilación (en lo que a mí respecta, por supuesto).

Para el ajuste de voltaje y corriente, he usado un regulador zener con un amplificador operacional para obtener varios voltajes de referencia y observé que las ondas y los transitorios de la fuente de alimentación de entrada están afectando mis voltajes de referencia, lo que causa oscilación.

Mi solución fue cambiar la configuración de zener, ya que he visto el problema con un diseño trivial. Como todo mi diseño es irrelevante, estoy publicando la parte del regulador de voltaje zener:

Varios zener con esquemas de voltaje de referencia opamp

El diseño trivial fue el #3. Al sufrir una fluctuación en el suministro, cambié al n. ° 4, pero luego se dio cuenta de que las alternativas mejores (?) Son el n. ° 1 y el n. ° 2. Resultó ser genial.

Sé por qué el n. ° 1 y el n. ° 2 son superiores al n. ° 3 y al n. ° 4, básicamente el rechazo de la fuente de alimentación. Las simulaciones también verificaron esto. El análisis de señal pequeña en la fuente de ondulación con solo gráficos de ganancia (ngspice) se muestra a continuación:

Análisis de CA: Gráfica de ganancia de varias referencias de voltaje de opamp zener

Es obvio que el n.º 1 y el n.º 2 lo están haciendo muy bien, pero mi primera pregunta es, ¿cuál es mejor? ¿Hay algún aspecto de por qué se debe preferir uno sobre el otro?

Y mi segunda pregunta: ¿es posible hacer que el diseño n.° 4 funcione mejor al jugar con valores de capacitores y resistencias y al mismo tiempo tener un tiempo de estabilización razonable?

Gracias de antemano.

Si desea regular hasta 0V, tendrá que agregar un riel de suministro negativo. Si desea un voltaje bajo de 1,2 V más o menos, hay más opciones. Mire dentro de un LM723 para obtener ideas, todo esto se ha hecho antes. Use la referencia moderna como en la respuesta única para beneficiarse de la tecnología. - google.com/search?q=lm723+circuito+interno&tbm=isch
Los diseños n.° 1 y n.° 2 pueden bloquearse con la salida a tierra, según el voltaje de compensación en el amplificador operacional. Cero es igual a cero es una condición de entrada balanceada.
@KalleMP Estos reguladores se utilizan para producir referencias de voltaje fijo, por lo que no es necesario realizar ajustes (salida muy por encima de 1,2 V). Y estoy al tanto de LM723, ya que estaba en mi "lista de inspiración". Mi configuración de zener superior proviene de LM723 y mi pregunta es ¿por qué usar esto en lugar de otro? ¿Qué podría ser un razonamiento respaldado por la teoría o la intuición?
@ Whit3rd, tiene razón, pero agregar una caída de diodo al riel negativo (solo de opamp) lo resolverá. Aún más, si opamp tuviera un riel negativo por debajo de algo así como -1V, otro punto estable sería el caso con el diodo en la región delantera, pero aún se pueden resolver.
Supuse que cuando escribiste "ajustable" querías decir "variable", mi error. El costo de diseño sobre 10 millones de partes es cero, de esto podemos inferir que las partes más modernas usan mejores diseños. Cualquier diseño con un zenner en bruto se considera bastante pobre y eliminar los peores defectos solo llegará hasta cierto punto. Mi instinto me dice que fije mi componente de referencia a un suelo firme y que lo coloque en una celda acolchada (hablando eléctricamente). Las referencias modernas añaden aislamiento acústico y antivibratorio a la celda acolchada de forma automática.
@KalleMP no hay problema, debería haberlo aclarado de antemano. Gracias por las sugerencias sobre la celda acolchada, por cierto.

Respuestas (2)

Si bien estoy de acuerdo con Marcus en que la opción 1 parece la más viable, me sorprende que aún considere aceptable una referencia de voltaje Zener en una fuente de alimentación en la actualidad.

Durante muchos años ha habido buenas referencias de voltaje de derivación, y durante los últimos años, el AS431 y el TL431 pueden reemplazar de manera viable toda una gama de diodos zener con características mucho mejores.
Internamente, no son tan diferentes a su circuito, con solo 2 resistencias requeridas para establecer cualquier voltaje de referencia desde 2.5 V hasta aproximadamente 36 V.

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Gracias por la sugerencia, pero como dije, este no es un proyecto moderno de fuente de alimentación. Piense en ello como una pregunta de "Prueba de coeficiente intelectual analógico" (en algún sentido). Si tuviera que elegir opciones modernas, habría usado chips de fuente de alimentación ajustables especializados (LT parece tener muchas opciones como LT3081) e incluso un enfoque híbrido Swithing+LDO Linear con referencias de MCU.

Con la referencia de voltaje de precisión directamente referenciada a tierra, que probablemente también desee para la señal de salida, personalmente elegiría 1.

A menos, por supuesto, que necesite recuperarse rápidamente de cortocircuitos/cargas elevadas. En ese caso, tener la parte resistiva del divisor de voltaje en el lado bajo podría facilitar que el diodo vuelva a saturarse. Pero eso es pura especulación. Dado que ambas opciones son fáciles de simular o construir y, de hecho, probar, optaría por eso.

¿Podría eleborar sobre "(...) hacer que el diodo vuelva a saturarse"? Como dijiste, prueba y error es fácil, pero me gustaría obtener la idea/intuición detrás.
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