Cálculo de un amplificador operacional con una fuente de alimentación cambiante

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Me he quedado atascado desde hace días para calcular un circuito amplificador operacional usado como protección de bajo voltaje. Al principio mi diseño:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

El principal problema aquí es el cambio de voltaje de alimentación \ $ V_ {dd} \ $. Varía lentamente de 9V a 17V y al revés (batería). Me gustaría que el interruptor ocurriera a 10V y 10.5V respectivamente. Para calcular la histéresis utilizaría

$$ \ Delta U_e = \ frac {R_2} {R_ {1}} (U_ {a, max} -U_ {a, min}) $$

Ignorar el pequeño swing de salida del riel \ $ U_ {a, max} \ $ es esencialmente \ $ V_ {dd} \ $ y, por lo tanto, varía. Así que hay dos soluciones, una para \ $ U_ {a, max} = 10V \ $ y otra para \ $ U_ {a, max} = 10.5V \ $. Suponiendo una resistencia de 300k para R1 y una resistencia de 14.6k (no existente) para R2, el error debería ser bastante bajo. El problema principal viene con encontrar una fórmula analítica para calcular el potencial a la entrada de la opamp \ $ U _ + \ $. Dado que \ $ U _ + \ $ depende de \ $ U_ {out} \ $ No sé cómo calcular el divisor de voltaje R4 y R5 para obtener los puntos de conmutación como se mencionó. (Para el diodo elegí un 6.2V)

Thx por adelantado

    
pregunta menjuel

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Por lo general, en un rango bastante amplio, puede aproximar el voltaje de salida cuando se enruta en el suministro positivo o negativo en Vout como Vcc-kp o GND + kn, donde kp y kn son algo de voltaje como 0.1V o 1.5V y dependen del circuito de salida del amplificador operacional (y de la carga).

Es un divisor de voltaje. Ignorar la caída de salida (que no se puede hacer con el amplificador operacional mostrado) & ignorando la impedancia zener y asumiendo que está sesgada apropiadamente por R3, podemos escribir las ecuaciones por inspección.

Cuando Vout está bajo, es Vin + = \ $ \ frac {R1} {R1 + R2} V_Z \ $

Cuando Vout está alto, es Vin + = \ $ (\ frac {Vdd} {R1} + \ frac {Vz} {R2}) (R1 || R2) \ $.

La primera ecuación se aplica cuando Vout está bajo, por lo que solo es preocupante el punto de conmutación Vdd más bajo en su diseño. El segundo se aplica cuando Vout es alto, por lo que solo es preocupante el punto de conmutación de Vdd más alto.

Por ejemplo, si Vdd es 10V, Vz es 5V, R1 es 100K y R2 es 10K, Vin + será 4.545V o 5.454V dependiendo de su intención.

Eso responde a su pregunta: para diseñar realmente este circuito para voltajes dados, se requiere un poco de álgebra para reorganizar en términos del voltaje de conmutación deseado, que le dejaré a usted.

Como parte, el diseño de circuitos de protección contra subtensión es en realidad no trivial y tal vez debería comprar uno. Antes de que el zener esté correctamente polarizado (bajo Vdd), los voltajes en las entradas no siguen las ecuaciones anteriores y puede haber muchas travesuras que un circuito puede tener en el voltaje inferior que desviará un zener o referencia de voltaje normal. Un circuito comercial tendrá una salida garantizada por debajo de un voltaje bastante bajo (probablemente < 1V), que es más que adecuado para proteger la mayoría de los dispositivos de alimentación y, a menudo, es suficiente para evitar la corrupción de la memoria NV.

    
respondido por el Spehro Pefhany

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