¿Cómo generar pulsos de 1 MHz de + 10 / -30V?

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Quiero generar 1 megahertz de pulsos de onda cuadrada entre + 10V y -30V, suministrando 20mA con un ciclo de trabajo variable. ¿Cuál es la forma recomendada de hacer esto dados los voltajes inconvenientes y la frecuencia moderadamente alta?

Puedo generar fácilmente la señal de 1 MHz, así que solo necesito una manera de aumentar el voltaje. Los amplificadores operacionales que van más allá de +/- 15V con una alta velocidad de giro no son comunes. ¿Funcionarían mejor dos mosfets en una configuración push-pull?

La respuesta más cercana que encontré fue this pero mi voltaje y frecuencia son más altos.

    
pregunta Ken Shirriff

2 respuestas

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Podrías hacer un traductor de nivel usando discretos. Aquí hay algo simple que puedo sugerir (asumiendo niveles lógicos de 3.3V en la entrada):

archivo LTSpice

Aquí hay algunas explicaciones: La entrada se alimenta a un par de BJT complementario Q3-Q4. Los emisores de ambos de estos transistores están polarizados con un voltaje que se establece en algún lugar cerca del punto medio del rango de voltaje de entrada (pero debido a que se establece mediante un simple divisor de resistencia, los transistores están realmente en una configuración emisor-seguidor). Entonces, cuando la entrada es alta, Q3 está conduciendo, y esto hace que Q5 se encienda. Cuando la entrada es baja, Q4 conduce y, como consecuencia, Q6 también. Por lo tanto, tiene un push-pull en la salida que puede oscilar el rango de salida requerido. El condensador C1 está allí para ayudar a los dos transistores de salida a conmutar al mismo tiempo, lo que limita el disparo a través de las transistiones y reduce la energía desperdiciada.

La simulación muestra que se comporta bien a 1MHz, con un tiempo de subida / caída de ~ 80ns para oscilar todo el rango de voltaje de salida cuando la entrada tiene un tiempo de subida / caída de 20ns, y con una carga de 1k. La simetría de la forma de onda tampoco se distorsiona mucho, por lo que debería estar bien para hacer PWM. Sin embargo, tan pronto como agregue algo de capacitancia a la carga, experimentará problemas. Unos pocos nF están bien, pero no más.

Nota: este circuito necesita una potencia significativa, por sí mismo: entre 1 y 1.5W, y la mayor parte de la energía se desperdicia en Q5 y Q6 (0.5W cada uno, a 1MHz). Podría hacer algo más eficiente con mosfets, pero son más difíciles de conducir correctamente en los tiempos requeridos. El circuito probablemente no sería tan simple (al menos los pocos intentos que hice no mostraron buenos resultados).

    
respondido por el dim
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Aquí hay un circuito que el nivel se traduce de una señal lógica de 5V. La disipación de potencia es similar a la respuesta de @ dim: aproximadamente 1.5W funcionando a 1MHz, con gran parte de la potencia en las resistencias (R5, R7, R1 aproximadamente 1 / 4W cada una, R4 casi 1 / 2W). Los transistores funcionan bastante bien: M2 a menos de 200 mW y M3 a 44 mW.

Este es un caso donde los MOSFET más pequeños son una ventaja.

    Version 4
SHEET 1 880 680
WIRE 448 -64 208 -64
WIRE 608 -64 448 -64
WIRE 448 -48 448 -64
WIRE 400 -32 336 -32
WIRE 672 0 560 0
WIRE 208 32 208 16
WIRE 336 32 336 -32
WIRE 336 32 208 32
WIRE 560 48 560 0
WIRE 560 48 448 48
WIRE 704 80 672 80
WIRE 832 80 704 80
WIRE 208 112 208 32
WIRE 544 112 448 112
WIRE 672 112 672 80
WIRE 672 112 624 112
WIRE 448 128 448 112
WIRE 704 176 704 160
WIRE -176 192 -240 192
WIRE 128 192 -96 192
WIRE 160 192 128 192
WIRE 400 192 384 192
WIRE -240 208 -240 192
WIRE 464 208 448 208
WIRE 608 208 464 208
WIRE 208 256 80 256
WIRE 208 272 208 256
WIRE 128 288 128 192
WIRE 160 288 128 288
WIRE 384 288 384 192
WIRE 464 288 464 208
WIRE 80 304 80 256
WIRE 272 368 208 368
WIRE 384 368 384 288
WIRE 384 368 352 368
FLAG 608 -32 0
FLAG 608 176 0
FLAG 208 208 0
FLAG 80 336 0
FLAG -240 240 0
FLAG 704 176 0
FLAG 832 144 0
SYMBOL nmos 160 112 R0
SYMATTR InstName M1
SYMATTR Value 2N7002
SYMBOL nmos 400 112 R0
SYMATTR InstName M2
SYMATTR Value 2N7002
SYMBOL pmos 400 48 M180
SYMATTR InstName M3
SYMATTR Value BSS84
SYMBOL MiniSyms4\voltage- 608 192 R0
WINDOW 123 0 0 Left 2
WINDOW 39 0 0 Left 2
SYMATTR InstName V1
SYMATTR Value 30
SYMBOL res 192 -80 R0
SYMATTR InstName R1
SYMATTR Value 200
SYMBOL res 480 272 R90
WINDOW 0 0 56 VBottom 2
WINDOW 3 32 56 VTop 2
SYMATTR InstName R2
SYMATTR Value 300
SYMBOL pmos 160 368 M180
SYMATTR InstName M4
SYMATTR Value BSS84
SYMBOL MiniSyms4\voltage- 80 320 R0
WINDOW 123 0 0 Left 2
WINDOW 39 0 0 Left 2
SYMATTR InstName V2
SYMATTR Value 5
SYMBOL res -80 176 R90
WINDOW 0 0 56 VBottom 2
WINDOW 3 32 56 VTop 2
SYMATTR InstName R3
SYMATTR Value 33
SYMBOL MiniSyms4\voltage- -240 224 R0
WINDOW 3 -247 56 Left 2
WINDOW 123 0 0 Left 2
WINDOW 39 0 0 Left 2
SYMATTR InstName V3
SYMATTR Value PULSE(0 5 10n 10n 10n 500n 1000n)
SYMBOL res 368 352 R90
WINDOW 0 0 56 VBottom 2
WINDOW 3 32 56 VTop 2
SYMATTR InstName R4
SYMATTR Value 1000
SYMBOL res 688 64 R0
SYMATTR InstName R5
SYMATTR Value 1K
SYMBOL cap 816 80 R0
SYMATTR InstName C1
SYMATTR Value 5p
SYMBOL MiniSyms4\voltage- 608 -48 R0
WINDOW 123 0 0 Left 2
WINDOW 39 0 0 Left 2
SYMATTR InstName V4
SYMATTR Value 10
SYMBOL res 656 -16 R0
SYMATTR InstName R6
SYMATTR Value 51
SYMBOL res 640 96 R90
WINDOW 0 0 56 VBottom 2
WINDOW 3 32 56 VTop 2
SYMATTR InstName R7
SYMATTR Value 51
TEXT -260 418 Left 2 !.tran 0 5u 0 5n
    
respondido por el Spehro Pefhany

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