¿Por qué las entradas de este circuito CC op-amp necesitan ser clampadas?

Question

Estoy estudiando el circuito de corriente constante de la fuente de alimentación de banco HP E3610A DC. Estoy construyendo una fuente de topología similar utilizando componentes de montaje superficial y el LF442 no está disponible en un paquete SOIC-8. Así que tengo que volver a especificar este op-amp, lo que en realidad es bienvenido ya que volver a realizar el ejercicio de diseño completo es la mitad de la razón por la que empecé el proyecto :).

(Haga clic para ampliar. El original es aquí en la antepenúltima página y contiene los valores de los componentes marcados con asteriscos).

El amplificador de error actual es el bloque del centro derecha. Fíjate en los dos diodos de apriete a través de las entradas del amplificador óptico (1/2 LF442).

Me pregunto por qué este amplificador óptico necesitaría diodos de sujeción de entrada ?

• La entrada no inversora va a tierra (0V wrt +12/-12 supply, S+ en este esquema)
• La entrada inversora va a un punto de suma que estará a 0V cuando la salida de corriente sea igual a la consigna de corriente constante (CC).
• El punto de suma es un divisor resistivo 20/1 formado por R24 (50K) y R23 (2,5K). R24 recibe la tensión de consigna, de 0 a -6V en la parte superior y R23 recibe de 0 a 0,3V de una resistencia de detección de corriente 0R1 en la parte inferior. En el peor de los casos (punto de ajuste máximo, corriente real nula) se aplica -0,3V al terminal de inversión.
• El condensador de realimentación C12 es de 180pF.
• Así que asumo que es poco probable que estos voltajes se vuelvan demasiado locos y no veo ninguna fuente de transitorios violentos en el arranque o el apagado. C12 podría ser cargado hasta +/- 12V, sin embargo, así que tal vez eso es algo.
• El LF442 tiene una clasificación de voltaje de entrada diferencial de +/- 30V, que yo habría pensado que sería suficiente para fines de protección de entrada.

Así que no veo por qué serían necesarios los diodos de sujeción. Supongo que me inclino a pensar que es para mejorar el tiempo de respuesta de entrar y salir del modo CC de alguna manera más que para proteger las entradas del amplificador óptico.

¿Puede alguien ayudarme a entender por qué los diseñadores podrían haberlas puesto ahí?

Answer 1

En el modo de pequeña señal (corriente dentro de la especificación con corrientes variables) el U4B funciona como un integrador. Curiosamente, U4A (la otra mitad del amplificador, que proporciona la referencia de ajuste de corriente) no tiene tales diodos a través de sus entradas.

Las dos razones principales para los diodos a través de una entrada son :

1. Evitar que se viole la tensión de modo diferencial de entrada

2. Garantizar que el bucle pueda responder rápidamente.

Como no veo ningún mecanismo en el que se pueda violar la tensión de modo diferencial de entrada, la otra razón (como sospechabas) es la probable culpable.

Una inspección de la respuesta de la señal pequeña y de la señal grande (es decir, en el límite de la velocidad de giro) es informativa:

Obsérvese que el eje temporal para la señal pequeña y la señal grande es un orden de magnitud diferente (0,5 \$\mu\$ s para la señal pequeña, 10 \$\mu\$ s para la señal grande). Es cierto que el eje de tensión también es mucho más pequeño para la respuesta de señal pequeña, pero este es el tipo de respuesta que querríamos ver.

Para que el integrador mantenga una respuesta adecuada (y muy posiblemente se mantenga estable, aunque no lo he mirado con detenimiento. La estabilidad del integrador o la falta de ella ha causado muchos días de tirones de pelo) cuando está en el modo de señal pequeña (y más particularmente, al entrar y salir del modo de señal pequeña) no queremos que las entradas se desvíen mucho entre sí para que la respuesta dominante del bucle sea establecida por C12.

No veo ninguna otra razón para los diodos (aunque eso no significa otra razón no existe ).

[Actualización]

Como la alimentación sólo puede ponerse en modo de corriente constante sin carga (véase la página 5 del manual), la transición que podemos ver es del modo de corriente constante al de tensión constante.

Cuando la salida de la alimentación excede el voltaje máximo programado, U1 se conecta y toma el control del bucle y esto realmente (efectivamente) elimina a U4B del bucle de control a través de la operación de la puerta OR analógica CR4 y CR5.

Cuando esto ocurre, habrá transitorios en la salida de U4B, que pueden desestabilizar fácilmente el integrador. Cualquier perturbación se retroalimentará, pero será sujetada por los diodos a una caída de diodo alrededor de Vout (que es donde se unen R22 y R23), lo que evita que las perturbaciones de salida graves afecten al rendimiento del amplificador de error de tensión.

Answer 2

Los diodos protegen el op-amp de la sobretensión que puede producirse en la salida de la fuente de alimentación (puedo hacer algunas "cosas malas" conectando la alimentación al circuito bajo prueba). Se conecta directamente a la salida por R23, R27, R34.

Esto puede ser útil: http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/49-10/esd-diodes.html