Generador de funciones simple: ¿es necesaria la limitación de corriente/protección contra cortocircuito/adaptación de impedancia?

El LM358 OpAmp tiene una corriente limitada típicamente a 40 mA.

Con un suministro de +-5 V, está limitado a una excursión de salida de +3,5 V y -5 V.

Si corta la salida, generará 3.5/50 = 70 mA o hundirá -5/50 = -100 mA en la resistencia en serie de 50 ohmios con conexión a tierra. Esto dará como resultado una disipación máxima de 0,245 W (cuando es positivo) o 0,5 W (cuando es negativo).

A menos que tenga una salida constante de -5 V que esté en cortocircuito, verá un promedio de menos de 0,5 W disipado, si permanece en la parte lineal de la salida (+3,5 V -3,5 V), tendrá menos de 0,25 W en un corto. No necesita protección adicional contra cortocircuitos en esos voltajes de suministro.

El OpAmp está clasificado a prueba de cortocircuitos continuos con un suministro de menos de 15 V.

Si lo tiene calibrado para un circuito abierto de 2 V, verá 1 V en una carga de 50 ohmios y tendrá una impedancia de fuente coincidente y no podrá acercarse a los límites de ningún dispositivo.

Sugeriría diodos rápidos conectados desde la salida a los rieles de suministro para evitar que los dispositivos externos excedan los límites del dispositivo.

EDITAR: Los límites de corriente máximos calculados no se pueden lograr con este OpAmp en particular, ya que enumera una corriente de salida de cortocircuito de 40 mA típico 60 mA máx. y seguro para cortocircuito continuo, está protegido de forma inherente y el límite de corriente protege la resistencia de salida. Se pueden alcanzar corrientes de salida más altas con algunos otros tipos. El voltaje máximo de salida aparece como el suministro positivo: 1,5 V, por lo tanto, el límite positivo de 3,5 V con un suministro de +5 V, los dispositivos que pueden girar más cerca de los rieles de suministro también están disponibles y tienen sus usos.

Todos los números utilizados están disponibles en la hoja de datos, ya sea en el texto, tablas o gráficos. La nota 1 de la Tabla 1 advierte sobre los límites de disipación de cortocircuito con suministros superiores a 15V

La calibración a 2 V fue solo mi sugerencia para la elección de los componentes de ganancia, por lo que la salida digital a gran escala se calcularía para dar una salida de 2 V o 1 V en una carga de 50 ohmios correspondiente, estos voltajes bajos también estarían autoprotegidos ya que las corrientes serían aún menores. y dentro de los límites de suministro de 30 mA para mantener un funcionamiento preciso.

Sigo olvidando señalar que los posibles límites de corriente de suministro de 30 mA se alcanzarían antes de la disipación de la resistencia o los límites de OpAmp. Esto puede causar un comportamiento inesperado, especialmente si un riel de suministro se redujera más que el otro, por ejemplo, aunque con este dispositivo esto es menos probable ya que es un regulador dual de seguimiento. Es posible configurar el Mitsubishi M5290P para más de 30 mA con transistores externos, por lo que no es seguro que haya una limitación de corriente de 30 mA en este circuito de fuente de alimentación rediseñado.

A menos que la cantidad de energía que una pieza de equipo de laboratorio deba entregar sea demasiado grande para ser disipada dentro del propio equipo, a menudo no hay una razón particular por la que dicho equipo deba intentar transmitir señales lo suficientemente fuerte como para dañarse a sí mismo en el intento. . Es fácil construir un circuito limitador de corriente utilizando electrónica lineal si uno está dispuesto a disiparlo adecuadamente para disipar una potencia igual al voltaje de la fuente multiplicado por la corriente límite [o si no, establezca el límite de corriente lo suficientemente bajo como para que no sea necesario disipar el calor] . A menos que alguien esté tratando de hacer algo inusualmente poderoso o inusualmente compacto (según los estándares de los equipos de laboratorio), no hay una razón real para no incluir ese disipador de calor. Si no se espera un funcionamiento prolongado en condiciones de alta disipación,

También puede ser útil cuando se diseña un generador de funciones controlado por lógica para tener un circuito que pueda informar si la forma de onda de salida real está dentro de cierta tolerancia de la forma de onda especificada. Para que esto sea útil, puede ser necesario reemplazar las "ondas cuadradas" con "ondas trapezoidales" de pendiente configurable. Si uno intenta usar salidas limitadas de corriente crudamente para impulsar una carga algo capacitiva con una onda cuadrada de bordes afilados, es probable que los bordes terminen con pendientes extrañas y desiguales. El uso de bordes con pendientes programadas probablemente producirá mejores resultados.

Para fines de generador de funciones digitales, sugeriría tener como mínimo absoluto una relación de 10: 1 entre la frecuencia de muestreo y la frecuencia de salida deseada; una proporción de 100:1 sería mejor. Si usa una relación lo suficientemente alta, incluso un circuito de filtrado muy rudimentario en la salida del DAC será suficiente para obtener buenos resultados. Es posible obtener buenos resultados utilizando una frecuencia de muestreo más baja utilizando mejores circuitos de filtro, pero si su objetivo es generar formas de onda de hasta 1 MHz, utilizar un reloj de 50 MHz puede ser más fácil que diseñar un filtrado suficiente para obtener resultados aceptables con un reloj de 10 MHz.

Aunque la mayoría de los enfoques de generación de formas de onda basados ​​en DAC utilizan al menos un filtro antisolapamiento de segundo orden para "suavizar" la forma de onda de salida, sugeriría adoptar el enfoque opuesto. Use un amplificador operacional para construir un filtro de paso bajo de primer orden con una frecuencia de corte muy baja pero una ganancia muy alta (básicamente un integrador) y use software para calcular la función inversa de ese filtro (bastante sencillo) o use un integrador "puro" (frecuencia de corte cero) y un ADC y retroalimentación basada en software. Deberá asegurarse de actualizar la forma de onda alimentada al DAC precisamente en los puntos de inflexión, pero debería poder obtener formas de onda de salida mucho más limpias que con los enfoques más típicos.

Usando cualquier enfoque, el objetivo sería que el software determine para cada muestra qué valor debe enviar al DAC para hacer que la forma de onda de salida aumente hacia el voltaje que se supone que debe tener en el momento de la siguiente muestra. Considere el siguiente circuito integrador:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Si en algún momento la salida está en el voltaje X, y se desea estar en el voltaje Y un microsegundo después, se debe alimentar al circuito con una entrada de (2.5+(YX)+(X+Y)/200) voltios que hará que la salida aumente suavemente a ese nuevo voltaje. Este cálculo no es del todo exacto, pero debería resultar bastante parecido. La precisión/resolución a bajas frecuencias podría mejorarse aumentando C1 o R5. El factor "/200" en la ecuación anterior es el doble de la relación de R1 a R5 [doblado porque la fórmula está tomando el promedio de X e Y], por lo que cambiar C1 no afectaría esa relación, pero cambiar R1 sí.