Есть ли простой способ разрядить биполярный конденсатор с помощью сигнала 5 В и MOSFET/BJT?

Переключатель сброса

Вы не должны использовать для этого дискретные МОП-транзисторы из-за диода в корпусе. Один аналоговый переключатель SPST, такой как DG417 или DG9421, был бы идеальным для этой задачи. Эти устройства имеют порог логического уровня и могут работать в широком диапазоне напряжений благодаря тому, что в них используется передающий вентиль .

Только одно предостережение: вы, вероятно, захотите установить резистор последовательно с переключателем , чтобы оставаться в пределах максимальной номинальной мощности детали.

Обнуление вывода

Я бы не рекомендовал заземлять выход операционного усилителя. Хотя большинство небольших операционных усилителей переживут это, вы должны учитывать, что происходит, когда вы выключаете операционный усилитель. Во время сброса выходной каскад, скорее всего, насыщается. Это насыщение «перенесется» в следующий цикл интегрирования, вызывая большой (и непредсказуемый) всплеск напряжения, поскольку операционный усилитель пытается компенсировать внезапное изменение выходного тока. Вместо этого я рекомендую один из следующих вариантов.

Вариант 1 : используйте меньший резистор при сбросе. На самом деле это не обнуляет вывод. Я бы рекомендовал резистор 220 Ом, так как он ограничивает ток до 100 мА (максимальный импульсный ток 1 мс для DG417) в сочетании с сопротивлением переключателя. Это расчет для наихудшего случая (24 В на конденсаторе).

$I = 100\mathrm{mA} = \frac{24}{20 + 220}$

Обратите внимание, что импульс 100 мА будет намного короче 1 мс. В этом случае постоянная времени при разряде составляет 240 мкс. Кроме того, это на самом деле не обнуляет ваш выходной сигнал: он формирует фильтр нижних частот с отсечкой на частоте 660 Гц и усилением по постоянному току -12 дБ.

Вариант 2: если вам действительно нужно, чтобы выход оставался на нуле, вы всегда можете добавить аналоговый переключатель SPDT (например, DG419 ) между входным резистором и инвертирующим входом операционного усилителя. Тогда ваша схема будет выглядеть примерно так:

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Если вас очень беспокоят переходные процессы (вероятно, нет), вы можете использовать переключатель DPDT, который отдельно подключает ваш входной резистор к земле, чтобы предыдущий каскад имел постоянную нагрузку.

Выбор компонентов

Как упомянул @Sunnyskyguy EE75 в комментариях, у вас возникнут проблемы с поиском конденсатора емкостью 1 мкФ, который хорошо работает в интеграторе. Из-за множества факторов (диэлектрическое поглощение, утечка, колебания температуры и т. д.) лучше всего использовать пленочный конденсатор (PP/PS/PPS) или керамический конденсатор класса I (C0G/NP0). Как правило, они ограничены довольно небольшими значениями (макс. 10 с нФ). Таким образом, вы захотите использовать меньший конденсатор и больший входной резистор.

Одно небольшое предупреждение: по мере увеличения номинала входного резистора входной ток смещения операционного усилителя становится все более и более значительным. На примере OP07C ($I_B$±7 нА), входной резистор 1 МОм приведет к смещению 7 мВ между клеммами операционного усилителя. Это на порядок выше входного напряжения смещения OP07.

Хотя это часто не отображается в символе MOSFET, все они имеют диод между истоком и стоком. Это называется корпусным диодом.

Если исток становится более положительным, чем сток, более чем на немного, полевой МОП-транзистор будет проводить независимо от напряжения на затворе.

Возможно, вы сможете решить эту проблему, добавив второй полевой МОП-транзистор последовательно с истоком и стоком, перевернув их следующим образом:

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Диод в корпусе полевого транзистора имеет анод на источнике, который на выходе OA вызывает максимальное напряжение Vout = 0,7 В, в то время как входы OA находятся на уровне 0 В в линейном режиме работы.

Ваш дизайн показывает T = 1 мс с R = 1k, C = 1 мкФ. Вы не предоставили каких-либо спецификаций дизайна для времени интеграции и времени разряда.

Более практичным решением может быть использование передающего вентиля или биполярного аналогового переключателя с управлением логическим уровнем. Или подходящее логическое преобразование.

Также рассмотрите стабильную пластиковую крышку с низкой утечкой, с гораздо меньшим значением, например 1 нФ, и гораздо более высоким значением R, например 1 м, если вам нужна 1 мс, используя гораздо более высокий импеданс или низкий входной ток смещения OA, как вы показали. ЕСЛИ вам нужна высокая точность, выберите керамические колпачки COG/NP0, у которых нет памяти или проблем с микрофоном, таких как стандартные керамические колпачки.