Forma correcta de limitar la corriente de salida del amplificador operacional

Estoy planeando usar un amplificador operacional AD817 en la etapa de salida de mi generador de funciones ( hoja de datos ). Me preocupa cómo resistiría la pieza un cortocircuito, así que realicé algunas simulaciones. La simulación a continuación genera 70 mA a través de R3 cuando la salida (punta de la sonda) está en cortocircuito. Esto tiene sentido y coincide un poco con la hoja de datos que da una corriente máxima de 100mA @ 25degC, pero menos a temperaturas más altas. Dado que la parte (según la especia) está disipando 800 mW, es probable que esté caliente. Aunque 800 mW está dentro de la especificación máxima para este dispositivo (alrededor de 1,4 W a 25 °C), no me siento cómodo con 800 mW de disipación. Lo que me lleva a la pregunta.

¿Existe una forma de práctica recomendada para limitar la corriente de salida de un amplificador operacional en condiciones de cortocircuito?

Amplificador básico:ingrese la descripción de la imagen aquí

Aquí hay algunas opciones que he probado, con comentarios:

1) Amplificador push-pull para aliviar la etapa de salida del amplificador operacional

Funciona bien para limitar la corriente de salida del amplificador operacional pero podría entregar 10V/47 = 200mA a través de R3 @ 1W. Los transistores necesitarían disipar 500 mW cada uno.

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2) Limitador de corriente basado en BJT

Limitador de corriente basado en BJT basado en algunas fuentes que encontré (ver aquí y aquí ). Esto se parece más a lo que estoy buscando, ¡pero no pude hacerlo funcionar! ¿Estoy en lo correcto al pensar que la corriente desviada por Q3/Q4 termina en la base de R3?

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Otras opciones:

3) Reducir la ganancia. No es deseable una amplitud de señal reducida.

4) Limite la corriente de la fuente de alimentación. Efectuaría (¿innecesariamente?) otras partes del circuito.

Respuestas (3)

EDITAR - IGNORAR C1: desafortunadamente, este es el único circuito que pude encontrar con el componente Rout que se muestra dentro del ciclo de retroalimentación, así que ignore C1: no está destinado a estar allí.

Esta técnica se usa (con cuidado) bastante: -

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Ignore C1 y simplemente analice cuánta corriente puede suministrar el amplificador operacional a una carga en lugar de C1. Si la salida máxima del amplificador operacional es (digamos) 4 voltios (+/- suministro de 5 voltios), no puede haber más de 53 mA en un cortocircuito.

En cargas normales, el amplificador operacional tiene que trabajar un poco más porque los 75 ohmios forman un divisor potencial PERO, el lado bueno es que el circuito de retroalimentación compensa esto.

Me temo que estoy un poco perdido. Es un amplificador inversor con una ganancia ligeramente al sur de -1. Si pongo una señal positiva de 10 V en Vin, el amplificador operacional intentará poner -10 V impar en Rout y hundir 143 mA. ¿Tengo eso bien? No estoy viendo la luz (no es raro). ¿Usarías esto delante o en lugar del AD817? El AD817 es rápido y necesito la ganancia (y la unidad de carga capacitiva).
Inserte la resistencia adicional en serie con la salida del amplificador operacional de su circuito, pero mueva el circuito de retroalimentación negativa después de la resistencia. Eso es todo lo que digo: básicamente estoy convirtiendo un amplificador operacional que puede suministrar tal vez 100 mA en un amplificador operacional que solo puede suministrar 50 mA (o menos porque depende del valor de Rout).
Como se muestra, esto será inestable: debe agregar un pequeño capacitor directamente desde la salida del opamp a la entrada inversora. consulte maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/5597 figura 10.
Disculpas, me tomó un tiempo descifrar esto. Pensé que simplemente había movido R3 (47 ohmios) al circuito de retroalimentación y me preguntaba cuál era la diferencia. Buena solución. Revisaré todas las sugerencias un poco y volveré cuando descubra qué funciona mejor.
@KevinWhite Le pedí al OP que ignorara el capacitor de salida: era el único circuito que pude encontrar que estaba disponible en línea. Perdón por la confusion.
Incluso sin el condensador en el esquema, el OP tiene la intención de usarlo en un generador de funciones, suponiendo que haya un cable que lo conecte a la carga, cuya capacitancia puede causar inestabilidad.
@KevinWhite podría ser y es por eso que usé la frase "con cuidado" en mi oración de apertura anterior.
¿La afirmación del AD817 de conducir "Carga capacitante ilimitada" tiene alguna relación con las cosas?

Puede usar su método, pero solo agregue algunos amplificadores operacionales más en paralelo y aumente las resistencias. Por ejemplo, use una resistencia 100R para obtener una salida Z de 50 ohmios.

Creo que este método se utiliza en las etapas de salida del generador de funciones arbitrarias de Keysight (de soltera Agilent, de soltera HP).

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Me gusta, es opulento y si no fuera tan tacaño sería el primero de la lista ;-)

La impedancia de salida de 50 ohmios ayuda, ya que limitará la corriente de salida. Hay amplificadores operacionales que pueden conducir 50 ohmios (a tierra) PERO el voltaje de salida se limitará a un par de voltios. Por lo general, demasiado poco para un generador de funciones, especialmente si también desea poder cambiar el nivel de CC en la salida hacia arriba o hacia abajo (esto se suma al voltaje).

La opción más fácil y común es implementar un amplificador como en la opción 1), el amplificador debe estar diseñado para llevar cualquier voltaje a 50 ohmios. No se necesita limitación de corriente ya que la resistencia de 50 ohmios limitará la corriente.

Opción publicitaria 2) Creo que la corriente de salida nunca alcanza su valor límite porque tiene 50 ohmios en la salida. De todos modos, si insiste en limitar la corriente, sugeriría utilizar una solución más tradicional con resistencias de detección de corriente en serie con los emisores como su primer enlace . Muchos amplificadores de audio utilizan este tipo de protección.

Otra observación: sus amplificadores parecen ser amplificadores de clase B, lea esto si eso no le suena . Para un generador de funciones, desea una distorsión de cruce baja, por lo que sugeriría al menos la clase AB o incluso mejor: la clase A. Pero todo depende de sus necesidades y de la eficiencia que desee que sea su diseño. Los generadores de funciones analógicos antiguos se calientan, usan una cantidad significativa de energía, eso es (en parte) porque su etapa final opera en clase A.

Estoy de acuerdo, la opción 1 es atractiva. El único problema es que el AD817 podría producir una salida de +/- 10 V, por lo que necesitaría calificar R3 y los transistores en consecuencia. Con respecto a la opción 2, no estoy seguro de que el circuito realmente funcione. Lo incluí para mostrar la forma en que estaba pensando, pero en el sim R3 tiene 100 mA en él, por lo que Q3/Q4 definitivamente están consumiendo corriente... pero entonces, no quiero que ese exceso de corriente aparezca en R3 de todos modos. Echaré un vistazo a algunos amplificadores que no sean push/pull para ver cómo funcionan, gracias por el consejo.
Sí, investigue primero los amplificadores simples que no son push-pull y cuando comprenda cómo funcionan, pase a push-pull. Estos serán mucho más fáciles de entender una vez que domine los amplificadores simples (ya que la mayoría de los amplificadores push-pull son solo un amplificador de transistor combinado con una copia reflejada ;-)).
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