¿Es este divisor de voltaje de sujeción para una entrada de alta impedancia un diseño robusto y buena?

Question

Tengo una entrada de CA de la siguiente manera:

1. Puede variar de ±10V, al menos ±500V continuamente.
2. Se ejecuta a partir de aproximadamente 1 Hz a 1 kHz.
3. Necesidades > 100 kΩ de impedancia, de lo contrario, su amplitud de los cambios.
4. En ocasiones puede ser desconectado y el sujeto, el sistema ESD eventos.

Cuando la entrada está por debajo de 20V, necesito digitalizar la forma de onda con un ADC. Cuando está por encima de 20V, puedo ignorarlo como fuera de rango, pero mi sistema necesita para no ser dañado.

Desde mi ADC necesita un relativamente rígido de la señal, quería buffer de entrada para el resto de las fases (en los que, voy a sesgo, sujétela a 0V a 5V, y alimentar a un ADC).

He diseñado el siguiente circuito para mi primera etapa de entrada para obtener un seguro, fuerte salida que puedo comer para el resto de las fases:

^{simular este circuito – Esquema creado mediante CircuitLab}

Mis metas son:

1. Asegúrese de > 100 kΩ de la impedancia de la fuente.
2. Cambio de un ±20V entrada a aproximadamente un ±1.66 V de salida.
3. Proporcionar rigidez de salida.
4. Manejar de forma segura, continua y de alta tensión de las entradas (al menos ±500V).
5. Manejar ESD eventos sin dumping mucho de corriente/tensión en el ±7.5 V rieles.

Aquí está mi justificación para mi el diseño del circuito:

1. R1 y R2 forman un divisor de tensión, reduciendo la tensión por 12X.
2. Los TELEVISORES de diodo reacciona rápidamente para proteger contra ESD de eventos en la entrada, el vertido a mi terreno sólido, sin dumping nada en mi (débil) ±7.5 V rieles.
3. Los TELEVISORES de diodo también se ocupa de los extremos de sobretensión (sostenido ±500V) por derivación a tierra. Se ha pasado de R1 para limitar la corriente en estos casos.
4. D1 y D2 de la abrazadera de la división de voltaje de ±8.5 V así que no necesito un de alto voltaje del condensador de C1; después de R1, la corriente a través de ellos también es limitado.
5. C1 separa la señal de entrada. Va a ser un bipolar electrolítico. Se necesita tener una gran capacidad para permitir el 1 Hz señales para pasar afectados: $$\frac{1}{2 \pi R_2 C_1} \ll 1 \text{ Hz}$$ $$C_1 \gg \frac{1}{2 \pi \times 1 \text{ Hz}\times220 \text{ k}\Omega} = 8 \mu\text{F}$$
6. R3 y C2, con R3=R1, compensar la entrada de corriente de polarización y desplazamiento en el op-amp (en lugar de sólo el cortocircuito de la salida a la entrada negativa); también en forma de un filtro de paso bajo: $$f_c= \frac{1}{2 \pi R_3 C_2} = 36 \text{ kHz}$$

Es este circuito óptimo para mis objetivos? Puedo esperar algún problema con ella? ¿Hay mejoras que debo hacer, o hay una mejor manera para lograr mis metas?

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EDICIÓN 1

1. Yo originalmente había dicho esto necesarios para manejar ±200V continuamente, pero creo ±500V es un objetivo seguro.

2. En fin para los TELEVISORES de diodo para trabajar como es, R1 debe ser dividido en dos resistencias, aquí R1a y R1b, según lo sugerido por @jp314:

^{simular este circuito}

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EDIT 2

Aquí es una versión revisada del circuito que incorpora las sugerencias recibidas hasta el momento:

1. Zeners a través de la fuente de alimentación (@Autista).
2. Resistencias de preparación (@Spehro Pefhany).
3. Rápido BAV199 diodos (@Master; una menor fuga alternativa a la BAV99 que @Spehro Pefhany sugerido, aunque con una capacitancia máxima de alrededor de 2 pF en lugar de pF 1.15).
4. Los TELEVISORES de diodo frente y actualizado a 500 V (@Master), por lo que sólo se ocupa de ESD eventos, la protección de R1.
5. Muertos corto de op-amp de salida a la entrada negativa (@Spehro Pefhany y @Master).
6. La disminución de C1 a 10µF (@Spehro Pefhany); esto introduce un 0.3% de caída de voltaje a 1 Hz, lo cual no es tan bueno como el original de la 220µF cap, pero hará que el abastecimiento de las condensador más fácil.
7. Agrega 1 kΩ resistencia R6 para limitar la corriente en OA1 (@Autista y @Master).

^{simular este circuito}

Answer 1

La D1 y D2 llevará a las entrada las oleadas, no los televisores--split 220k a 200 k + 20 k y poner 20k porción entre los televisores y los diodos.

O simplemente usa un zener V 4.7 de ese nodo a GND.

Answer 2

Usted no necesita R3/C2. El no inversor del amplificador operacional de entrada 've' R2 (20K) en la corriente de polarización de DC ruta (no 220K), por lo que el desplazamiento es probable que sea insignificante si se reemplaza con un corto. Si usted insiste en R3/C2, consulte a continuación para el cálculo.

El 220K representa la reactancia capacitiva del 0,7 uF a 1Hz, así que creo que un pequeño y barato (y no gotea) 10uF de cerámica del condensador estará bien, añadiendo, en cuadratura, alrededor del 7%, para un efecto total de menos de 0.3%. Sin embargo, hay algunos efectos, debido a la sujeción, lo que es mejor para investigar esto dependiendo de cómo exactamente se espera que se comporten. Cuando sujeción ella 've' la 20k en serie con la impedancia de baja abrazadera de manera que la constante de tiempo es 11x más corto.

R1 es fundamental para la confiabilidad - prácticamente todo el voltaje se cae a través de ella - debe ser de alto voltaje, tipo, clasificado para soportar todo lo que los transitorios de espera, especialmente si este voltaje de entrada procedentes de la red que puede significar un par kV. Vishay VR25 puede ser adecuado (con plomo). No escatime aquí. A menos que el último par de centavos son más importantes que la fiabilidad, yo no soy un gran fan de la utilización múltiple de los resistores comunes para este propósito, ya sea - un clasificado adecuadamente a la parte de estar bien a menos que necesite usar dos clasificado adecuadamente resistencias en serie para obtener aún más la fiabilidad.

Me gustaría bajar de la PLANA y considerar la posibilidad de sujeción, ya sea directamente con una derivación (tales como un zener de par) o de baja capacitancia diodos de conmutación como un BAV99 par de pre-sesgada derivaciones, tales como Zeners o TL431s (con resistencias de las guías de suministro). El último tendrá mucho menos de la capacitancia de que el uso de zeners directamente y por lo tanto causan menos cambio de fase a 1 khz, si que es importante para usted. La sujeción actual es de menos de 1mA en 200V, así que no es muy demandante, siempre y cuando R1 sostiene en contra de cualquier EMF que es sometido. Ambas opciones me sugirió puede fácilmente abrazadera de 100mA, al menos por un breve tiempo.

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R3/C2, en realidad, no forma un filtro de paso bajo - R3 y la capacitancia de entrada del op-amp forma un filtro de paso bajo, y C2 ideal sería el elegido para ser mucho más grande, así que si la entrada de la capacitancia es 15pF puede utilizar 1nF o algo por el estilo. Sólo se ejecute en problemas con 20K solo si había un salvajemente inapropiado op-amp (capaz de frecuencias muy altas), donde la resultante de la fase de cambio afectan a la estabilidad, y, por supuesto, un corto no tiene ese problema.

Answer 3

^{simular este circuito – Esquema creado mediante CircuitLab}

El P/N de OP AMP y diodos en esquemas no significan nada. Los diodos D3 D4 son de un BAV199 o la Puerta 2 para el Canal de uniones de jFET MMBF4117. OA1 es OPA365. C3 debe ser seleccionado para proporcionar suficiente de paso bajo de frecuencia de filtro en C3, R1/2.

R2 y R3 son preferentemente precisa de la película fina de las resistencias o incluso dos partes de una red de resistores. Ellos definen su corrimiento del cero.

R5 debe ser nominal de 1 kV de tensión, puede utilizar varios 0603 resistencias en serie.

Y, para estar realmente seguro, puede agregar una resistencia de 1kohm entre la entrada inversora de OPA365 y el punto medio de la R1, R2. Ayuda a limitar la corriente de entrada si algo va realmente mal.

El alto voltaje de alimentación limitor (como TELEVISORES de diodo o varistor) es preferiblemente conectado entre la ENTRADA y GND. Su voltaje es de aproximadamente de 600 a 800 V.

Answer 4

¿Qué tipo de OPA se utilizan? Si es FET de entrada del AMPLIFICADOR operacional (corrientes de entrada por debajo de 100 pA), entonces usted no necesita R3 C2. También, si usted no se preocupa por el desplazamiento de DC, es mucho mejor para quitar R3 C2.

Veo que no hay valor en los TELEVISORES de diodo 30 V. totalmente de acuerdo con @Autista. Se puede poner directamente en paralelo a la entrada (antes de R1) y cambiar a 500-700 V tipo. Su función es: para proteger R1 y otros aparatos electrónicos, desde muy corta picos de más de 800 V (no sé si su aplicación puede obtener en este tipo de problemas).

R1 debe ser nominal de 1000 V o implementa como una serie de 0603 o más resistencias, teniendo aislamiento brechas en cuenta.

Como "real" de la abrazadera: la idea de @Spehro Pefhany de pre-sesgada BAV199 (dos de fuga baja diodos en un paquete SOT) parece la mejor. No me importaría demasiado mush acerca de las corrientes de alimentación de rieles: están limitados por 4 mA (800 V / 200 kOhms), es probablemente menos de corriente de alimentación de un AMPLIFICADOR operacional que usted use.

Por qué no poner R2 (creo que es un voltaje dividor) antes de C1 y muy grandes resistor (1 MOhm) en lugar de R2 - esto permite C1 a ser tan pequeños como unos uF.