Referencia de voltaje de ancho de banda amplio y bajo costo

Diseñé un circuito con amplificadores operacionales de suministro único de 5 V, pero dado que las entradas al circuito son de CA, necesito un voltaje de polarización para reemplazar el nodo de tierra en el circuito de suministro dual equivalente. Sin entrar en detalles innecesarios del circuito, es posible que este voltaje de polarización deba hundirse o generarse hasta 10 mA.

El circuito amplifica señales de alrededor de 2 MHz, y originalmente había usado un regulador de voltaje de ancho de banda amplio ( TI TPS71701 ) para generar este voltaje de polarización, pero descubrí por las malas que este regulador no puede absorber corriente.

También intenté usar otro regulador de ancho de banda no ancho ( Diodes Inc. AP2202K ), que parecía funcionar, pero su hoja de datos no menciona la posibilidad de absorber corriente, por lo que no tengo la intención de confiar en un característica no documentada.

También he intentado usar un amplificador operacional de baja velocidad (1 MHz GBW) ( TI LMV342 ) configurado en topología de búfer de ganancia unitaria. Aunque parece funcionar en la práctica, las simulaciones de SPICE indican que debe haber grandes oscilaciones de voltaje de salida (más de 100 mV) al generar/hundir unos pocos mA de corriente a 2 MHz, lo cual es inaceptable en este circuito. Estas oscilaciones desaparecen cuando la frecuencia se reduce a 2 kHz. Por lo tanto, estoy un poco indeciso de poner esto en producción en masa.

Estoy buscando sugerencias de otros circuitos de bajo costo capaces de generar una referencia de 2 V a partir de un suministro de 3 V o 5 V, y que no tengan problemas para generar y hundir corrientes de hasta 10 mA a 2 MHz con poca pérdida de regulación.

EDITAR : Intenté agregar una resistencia de carga a la salida del regulador TPS71701, de modo que el circuito del amplificador pueda absorber corriente a través de esta resistencia. Esto funcionó, pero ahora tengo una carga constante de 10 mA (y este es un dispositivo alimentado por batería). En realidad, cuando está en uso, este producto consume del orden de 1 A, por lo que 10 mA podría no ser tan malo, pero aún así, me sentiría mejor con un circuito sin un consumo de corriente de vampiro.

¿Por qué confía en el regulador para manejar los 2 MHz en lugar de usar un BFC (condensador grande y gordo) para reducir los requisitos del regulador?
Si bien un capacitor suavizaría los transitorios de media cero (CA pura), si la señal tiene un valor de CC por debajo del voltaje de salida del regulador, entonces habrá un sumidero neto de corriente que el regulador no podrá manejar.
Sí, me doy cuenta de eso, pero sin el requisito de alto ancho de banda, simplemente podría usar un regulador de terminación como un LT1118 o cualquier amplificador operacional con un BFC y alguna compensación para mantenerlo estable.

Respuestas (2)

EDITAR: No vi la edición de OP donde dice que ya probó esto. De todos modos, dejaré esta respuesta para futuros lectores.

Tiene razón en que la mayoría de las referencias de voltaje no pueden generar y absorber corriente. Una opción es usar una referencia de derivación o precargar una referencia de serie:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

En este circuito, normalmente el IC de referencia proporciona 13 mA a R1. Si la carga real (conectada en OUT) necesita generar corriente, esa corriente fluirá a través de R1 y U1 solo reducirá su corriente de salida. He mostrado un capacitor de filtro (C1) para mantener la estabilidad de la referencia/regulador y una capacitancia de derivación (C2) para absorber la mayor parte de la corriente de conmutación y mantener un voltaje constante en la carga bajo transitorios.

Sin embargo, la precarga desperdicia bastante energía (alrededor de 26 mW quemados en la resistencia de precarga, más la corriente adicional a través de la referencia en serie). Y 10 mA es mucho pedir de un circuito de referencia de precisión.

Pero si ~ 50 mW no le molestan, y no necesita una precisión inferior al 1%, debería funcionar bien y no cuesta mucho.

Qué tal esto:

ingrese la descripción de la imagen aquí

V1 es su referencia de voltaje que se amortigua con el OpAmp barato. El OpAmp carga un montón de condensadores a su voltaje de referencia. R1 se asegura de que el OpAmp se mantenga estable incluso con carga capacitiva.

Hice una simulación usando capacitores x7r con baja ESR para C1 a C4. Hay un efecto de carga en el voltaje, pero aquí veo una ondulación máxima de alrededor de 5 mV. Eso puede o no ser lo suficientemente bueno para sus necesidades.

C4 es probablemente excesivo y se puede cortar.

Debería señalar que si OP quiere usar un amplificador operacional diferente, cambiar los valores de capacitancia, etc., deberán verificar la estabilidad de este circuito, ya que a la mayoría de los amplificadores operacionales no les gustan las cargas capacitivas. Un condensador conectado directamente desde la salida del amplificador operacional a la entrada inversora puede mejorar la estabilidad.
@ThePhoton buen punto! Hay que comprobar la estabilidad. El LM358 fue elegido porque es mi OpAmp predeterminado para cosas de suministro único baratas y no críticas. Realmente no lo elegí por ninguna otra razón o parámetro.
Me pregunto cómo le iría a este circuito si la resistencia en la salida del amplificador operacional fuera reemplazada por un inductor (es decir, un filtro LC). ¿Sería la estabilidad un problema? Porque esto eliminaría el problema de la regulación de la carga y proporcionaría un filtrado adicional.
@swineone Esa es, de hecho, una muy buena pregunta.
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