Limite la salida del seguidor de voltaje usando el diodo Zener

Creé un seguidor/búfer de voltaje para un amplificador de transimpedancia de primera etapa y quiero limitar su voltaje de salida máximo a aproximadamente 3,3 V para proteger el siguiente ADC de los picos de voltaje.

Simulando el circuito en Falstad , obtengo 3,3 V de voltaje de salida cuando introduzco 4-5 V. Pero el circuito real en mi protoboard da 2 V cuando la entrada es de 5 V. Estoy usando diodos Zener 1N4728A para la sujeción.

¿Hay algo que haya fallado en mi circuito? ¿Cuál más podría ser la razón por la que mi salida real difiere de Falstad?

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Creo que está cometiendo un error común con los diodos Zener: verlos como 'caídas de voltaje mágicas' que producen una caída de voltaje fija y exacta en sí mismos, sin importar el clima. En realidad, tienen un comportamiento bastante dinámico y la caída a través de ellos varía con la corriente, la temperatura, etc.

Respuestas (3)

El 1N4728A especifica su voltaje zener a una corriente de prueba de 76 mA. Con una salida de 5V en su seguidor, tendrá menos de 5mA en el diodo y su voltaje zener puede ser más bajo. La tolerancia de la pieza es de +/-5%, pero solo en la corriente de prueba. (Aún así, 2V parece muy bajo, así que verifique su P/N tal vez).

Es probable que su modelo de simulación no esté modelando las características IV con precisión, por lo que no ve el problema allí.

Para verificar, use un suministro de banco de corriente limitada para probar su zener y registre el voltaje a su corriente aproximada (3V/1K = 3mA)

lo probé ese era el problema... gracias, totalmente un caso de leer la hoja de datos mejor de mi parte... ¿tiene una idea alternativa para usar en lugar de un diodo zener? Realmente no puedo suministrar los 75 mA requeridos a través de mi salida de amplificador operacional
Ganame la respuesta. Trampa clásica para jugadores jóvenes. Para usar un diodo Zener como abrazadera a la tensión nominal, debe garantizar una corriente de reposo igual a la corriente de prueba publicada en la hoja de datos. Los fabricantes a menudo no publican la curva característica IV de sus dispositivos, por lo que el punto de funcionamiento de la prueba es nuestra única referencia.
@Miromed Hay muchas opciones: si busca en Google "circuitos de abrazadera", puede consultarlos. Una forma podría ser un PNP BJT con una referencia de 3.3 V-0.7 V = 2.6 V en la base y el emisor conectado donde tiene el zener. (Colector a tierra).

Pruebe esto, mueva el punto de retroalimentación al cátodo de Zener-diod. No he probado esto en real. Es una idea que acabo de tener.

  • Cuando el voltaje de salida no es más alto que el voltaje Zener, el voltaje de salida será exactamente el mismo que el de entrada.
  • si el voltaje de entrada supera el voltaje zener, la salida del amplificador operacional será ~ Vcc, la corriente al diodo zener será (Vcc - Vz) / R.

Tenga en cuenta que la corriente de cátodo mínima de TL431 para un funcionamiento normal es de ~0,5 mA. Por lo tanto, asegúrese de no usar una resistencia demasiado grande en la salida del amplificador OP. 1 ~ 2KOhm sería suficiente.

Búfer limitado

Reemplace el Zener de bajo voltaje con un TL431 y dos resistencias y tendrá un ganador.
@SpehroPefhany Gracias, acabo de actualizar como su recomendación.

Tenga en cuenta que, además de los temas bien señalados sobre Zeners, no mencionó el OpAmp que está usando. Muchas partes tienen un rango de salida de voltaje limitado, que es fácilmente 1.5-2V por debajo del voltaje de suministro positivo: consulte la hoja de datos.

Curiosamente, esto también podría ayudarlo a limitar el rango de salida. Un humilde LM358 todavía puede ser alimentado por 5V y emitir un máximo de alrededor de 3.5V, pero proporcionando un rango cercano a cero voltios en el otro lado. Sin embargo, hay otra desventaja, ya que su rango de voltaje de entrada de modo común también está limitado a 3.5V. Este es otro tema importante, ya que algunos OA, cuando exceden el rango de entrada, exhiben una inversión de fase...

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