Generador de función simple: ¿es necesaria la limitación de corriente / protección contra cortocircuito / ajuste de impedancia?

El LM358 OpAmp está actualmente limitado a típicamente 40 mA.

Con un suministro de + -5V, está limitado a una salida de salida de + 3.5V y -5V.

Si corta la salida, generará 3.5 / 50 = 70mA o hundirá -5 / 50 = -100mA en la resistencia de la serie 50Ohm conectada a tierra. Esto dará como resultado una disipación máxima de 0.245W (cuando sea positiva) o de 0.5W (cuando sea negativa).

A menos que tenga una salida constante de -5V que esté en cortocircuito, verá un promedio que se disipa menos de 0.5W, si permanece en la parte lineal de la salida (+ 3.5V -3.5V) tendrá menos de 0.25W en un corto. No necesita protección adicional contra cortocircuitos a esos voltajes de alimentación.

El OpAmp está clasificado como prueba de cortocircuito continuo con una fuente de alimentación inferior a 15V.

Si lo tiene calibrado para un circuito abierto de 2 V, verá 1 V a través de una carga de 50 ohmios y tendrá una impedancia de fuente adecuada y no podrá acercarse a ningún límite del dispositivo.

Sugeriría diodos rápidos conectados desde la salida a los rieles de suministro para evitar que los dispositivos externos causen que se excedan los límites del dispositivo.

EDITAR: Los límites de corriente máxima calculados no se pueden alcanzar con este OpAmp en particular, ya que enumera una corriente de salida de cortocircuito de 40 mA, típica de 60 mA máx. y segura para cortocircuito continuo, está protegida de manera inherente y el límite de corriente protege la resistencia de salida. Se podrían alcanzar corrientes de salida más altas con algunos otros tipos. La tensión de salida máxima se indica como la fuente de alimentación positiva: 1,5 V, por lo tanto, el límite positivo de 3,5 V con una fuente de alimentación de + 5 V, los dispositivos que pueden acercarse más a los rieles de alimentación también están disponibles y tienen sus usos.

Todos los números utilizados están disponibles en la hoja de datos, ya sea en el texto, las tablas o los gráficos. La Nota 1 en la Tabla 1 advierte sobre los límites de disipación de cortocircuito con suministros de más de 15V

La calibración a 2V fue solo mi sugerencia para la elección de los componentes de ganancia, por lo que la salida digital a escala completa se calcularía para proporcionar una salida de 2V o 1V en una carga de 50 Ohm igual, estos bajos voltajes también se protegen a sí mismos como las corrientes serían aún menores y dentro de los límites de suministro de 30 mA para mantener una operación precisa.

Sigo olvidando señalar que los posibles límites de corriente de suministro de 30 mA se alcanzarían antes de la disipación de la resistencia o los límites de OpAmp. Esto puede causar un comportamiento inesperado, especialmente si un riel de suministro se redujera más que el otro, por ejemplo, aunque con este dispositivo es menos probable ya que es un regulador dual de seguimiento. Es posible configurar el Mitsubishi M5290P para más de 30 mA con transistores externos, por lo que no es seguro que existirá un límite de corriente de 30 mA en este circuito de fuente de alimentación reutilizado.

A menos que la cantidad de energía que un equipo de laboratorio solicite entregar sea demasiado grande para ser disipada dentro del mismo equipo, a menudo no hay ninguna razón particular por la que dicho equipo deba intentar enviar señales con tanta fuerza que se dañe. en el intento. Es fácil construir un circuito limitador de corriente usando electrónica lineal si uno está dispuesto a disiparlo de manera adecuada para disipar la potencia igual a la tensión de la fuente multiplicada por la corriente límite [o, si no, establecer la corriente límite lo suficientemente baja como para que no sea necesario el disipador de calor] . A menos que alguien esté tratando de hacer algo inusualmente poderoso o inusualmente compacto (según los estándares de equipos de laboratorio), no hay ninguna razón real para no incluir este tipo de disipación de calor. Si no se espera un funcionamiento prolongado en condiciones de alta disipación, es posible que el disipador de calor solo tenga que ser lo suficientemente bueno para garantizar que un sensor de corte térmico se dispare antes de que se dañen otros dispositivos en el disipador de calor.

También puede ser útil cuando se diseña un generador de funciones controladas por lógica para tener un circuito que pueda informar si la forma de onda de salida real está dentro de una cierta tolerancia de la forma de onda especificada. Para que esto sea útil, puede ser necesario reemplazar "ondas cuadradas" con "ondas trapezoidales de pendiente configurable". Si uno intenta usar salidas limitadas por la corriente brusca para conducir una carga algo capacitiva con una onda cuadrada de bordes afilados, es probable que los bordes terminen con pendientes extrañas y desiguales. El uso de bordes con pendientes programadas probablemente dará mejores resultados.

Para los fines del generador de funciones digitales, sugeriría tener como mínimo absoluto una relación de 10: 1 entre la frecuencia de muestreo y la frecuencia de salida deseada; una proporción de 100: 1 sería mejor. Si usa una relación suficientemente alta, incluso un circuito de filtrado muy crudo en la salida del DAC será suficiente para obtener buenos resultados. Podría ser posible obtener buenos resultados utilizando una frecuencia de muestreo más baja utilizando mejores circuitos de filtro, pero si su objetivo es generar formas de onda de hasta 1MHz, usar un reloj de 50MHz puede ser más fácil que diseñar un filtrado suficiente para obtener resultados aceptables con un reloj de 10MHz.

Aunque la mayoría de los enfoques de generación de formas de onda basados en DAC utilizan al menos un filtro anti-alias de segundo orden para "suavizar" la forma de onda de salida, sugeriría tomar el enfoque opuesto. Use un amplificador operacional para crear un filtro de paso bajo de primer orden con una frecuencia de corte muy baja pero con una ganancia muy alta (básicamente un integrador) y use un software para calcular la función inversa de ese filtro (bastante sencillo) o, o use un integrador "puro" (frecuencia de corte cero) y un ADC y comentarios basados en software. Deberá asegurarse de actualizar la forma de onda que se alimenta al DAC precisamente en los puntos de inflexión, pero debería poder obtener formas de onda de salida mucho más limpias que utilizando enfoques más típicos.

Usando cualquiera de los dos enfoques, el objetivo sería que el software determine para cada muestra qué valor debe enviar al DAC para hacer que la forma de onda de salida se dirija hacia el voltaje que se supone que debe tener en el momento de la siguiente muestra. Considere el siguiente circuito integrador:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Si en algún momento la salida está en el voltaje X, y uno desea estar en el voltaje Y un microsegundo más tarde, se debe alimentar al circuito con una entrada de (2.5+ (YX) + (X + Y) / 200 ) voltios que harán que la salida se incremente suavemente a ese nuevo voltaje. Este cálculo no es del todo exacto, pero debería resultar bastante cercano. La precisión / resolución en bajas frecuencias podría mejorarse aumentando C1 o R5. El factor "/ 200" en la ecuación anterior es el doble de la relación de R1 a R5 [se duplicó porque la fórmula está tomando el promedio de X e Y], por lo que cambiar C1 no afectaría esa relación, pero cambiar R1 lo haría.