Actualmente estoy trabajando con sensores que son en su mayoría resistivos (100 a 600 ohmios en promedio) y necesito ser alimentados con una corriente constante bidireccional controlable (de -1mA a + 1mA con una resolución de aproximadamente 1µA).
Necesito medir el comportamiento de conmutación del sensor que se manifiesta a través de un cambio binario en la resistencia del dispositivo: el estado de alta resistencia suele ser entre un 10% y un 150% mayor que el estado de baja resistencia.
La frecuencia de conmutación es de hasta 1MHz, puede ocurrir a intervalos aleatorios y es bastante rápida (tiempo de establecimiento de ~ 1 nanosegundo).
Otro problema es que el sensor es extremadamente sensible a ESD y a otras sobrecargas de voltaje: un voltaje de más de 400mV o una corriente de más de 1mA lo eliminará en menos de un nanosegundo.
Diseñé un circuito de fuente de corriente constante sintonizable basado en las explicaciones que se encuentran en el libro Fuentes de corriente y referencias de voltaje: una referencia de diseño para electrónica de Linden T. Harrison.
El diseño tiene varias limitaciones:
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primero, realmente no me gusta usar potenciales de 15V en el circuito ya que el sensor es súper sensible pero los amplificadores operacionales rápidos / precisos parecen necesitar voltajes más altos. Sería ideal poder alimentar todo desde una simple batería de 9V. Hay algunos amplificadores operacionales que funcionan con una potencia más baja, pero todos parecen ser de montaje superficial, mientras que (al menos por ahora) necesito paquetes DIP por razones prácticas.
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entonces, probé este circuito utilizando una resistencia simple para simular el sensor. Cuando acorté el sensor con otra resistencia para simular un cambio rápido de resistencia, la corriente no se asentó lo suficientemente rápido (pocos microsegundos) y hubo un pico de voltaje corto pero grande (alrededor de 1 voltio) en el nivel del sensor antes de que activara los diodos de protección. Idealmente, me gustaría que los diodos de protección nunca tengan que activarse
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también, hay un gran problema de ruido: todo lo que mido en el circuito tiene alrededor de 10 mV de ruido, incluso con condensadores de desacoplamiento en todas partes. Pero esto también puede deberse a mi configuración experimental.
Así que mis preguntas son las siguientes:
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¿Este circuito es incluso adecuado para una aplicación de este tipo? Tal vez debería elegir diferentes componentes?
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¿Cómo puedo hacer que funcione sin usar una fuente de alimentación de 30 V pero solo una batería pequeña? (No puedo encontrar las unidades de DIP adecuadas para la operación de bajo voltaje)
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¿Existen formas efectivas de prevenir picos de voltaje peligrosos mientras el sistema se enciende / apaga y cuando el sensor se conecta o desconecta sobre la marcha?
Muchas gracias. Espero que este tema sea útil para otras personas que intentan conducir sensores resistivos de corriente constante que son sensibles a los picos de voltaje.
EDIT: Perdón por el malentendido: no estoy tratando de ver realmente el proceso de cambio de nanosegundos, solo para detectar cambios en tiempo real