Конфигурация стабилитрона операционного усилителя

[TL;DR не предоставлен]

Я студент бакалавриата в области электроники и работаю над проектированием линейного настольного источника питания с ограничением тока. Вдохновленный проектами из Интернета (в основном типы 30V-3A), я уже разработал полный дизайн и с помощью LTspice решил большую часть проблем с колебаниями (конечно, в той мере, в какой это меня беспокоит).

Для регулировки напряжения и тока я использовал стабилитрон с операционным усилителем для получения различных опорных напряжений и заметил, что пульсации входного источника питания и переходные процессы влияют на мои опорные напряжения, вызывая колебания.

Мое решение состояло в том, чтобы изменить конфигурацию стабилитрона, так как я видел проблему с тривиальной конструкцией. Поскольку вся моя конструкция не имеет значения, я публикую часть стабилизатора напряжения стабилитрона:

Различные схемы стабилитронов с опорным напряжением на операционных усилителях

Тривиальный дизайн был №3. Страдая от перебоев с поставками, перешел на №4, но затем понял, что лучшими (?) альтернативами являются №1 и №2. Они оказались отличными.

Я знаю, почему № 1 и № 2 лучше, чем № 3 и № 4, в основном отказ от источника питания. Моделирование также подтвердило это. Анализ слабых сигналов на источнике пульсаций только с графиками усиления (ngspice) показан ниже:

Анализ переменного тока: график усиления различных опорных напряжений стабилитрона на операционных усилителях

Очевидно, что #1 и #2 работают отлично, но мой первый вопрос: что лучше? Есть ли какой-либо аспект, почему один должен быть предпочтительнее другого?

И мой второй вопрос: можно ли улучшить работу схемы № 4, играя с номиналами конденсаторов и резисторов, сохраняя при этом разумное время установления?

Заранее спасибо.

Если вы хотите отрегулировать до 0 В, вам придется добавить отрицательную шину питания. Если вам нужно низкое напряжение 1,2 В или около того, есть больше вариантов. Загляните внутрь LM723 в поисках идей, все это уже было сделано раньше. Используйте современные ссылки, как в одном ответе, чтобы извлечь выгоду из технологий. - google.com/search?q=lm723+internal+circuit&tbm=isch
Конструкции № 1 и № 2 могут обе защелкиваться с выходом на землю, в зависимости от напряжения смещения на операционном усилителе. Ноль равен нулю — это сбалансированное входное условие.
@KalleMP Эти регуляторы используются для создания фиксированных опорных напряжений, поэтому нет необходимости в регулировке (выход значительно выше 1,2 В). И я знаю о LM723, так как он был в моем "списке вдохновения". Моя верхняя конфигурация стабилитрона исходит от LM723, и мой вопрос о том, почему использовать его вместо другого? Какие могут быть рассуждения, основанные на теории/интуиции?
@ Whit3rd Whit3rd, вы действительно правы, но добавление диода к отрицательной шине (только операционного усилителя) решит эту проблему. Более того, если операционный усилитель имеет отрицательную шину ниже примерно -1 В, другой стабильной точкой будет случай с диодом в прямой области, но они все еще решаемы.
Я предположил, что когда вы написали «регулируемый», вы имели в виду «переменный», моя ошибка. Стоимость проектирования более 10 миллионов деталей равна нулю, из этого мы можем сделать вывод, что более современные детали используют лучшие конструкции. Любой дизайн с необработанным зеннером считается довольно плохим, и устранение худших недостатков зайдет слишком далеко. Моя интуиция подсказывает мне привязать мой эталонный компонент к твердому основанию и поместить его в мягкую ячейку (с точки зрения электроники). Современные модели автоматически добавляют звуко- и виброизоляцию к мягкой ячейке.
@KalleMP без проблем, я должен был уточнить это заранее. Кстати, спасибо за предложения по поводу мягкой ячейки.

Ответы (2)

Хотя я согласен с Маркусом в том, что вариант 1 кажется наиболее жизнеспособным, я удивлен, что вы все еще считаете эталонное напряжение Зенера приемлемым в источнике питания сегодня.

Уже много лет существуют хорошие шунтирующие эталоны напряжения, и за последние пару лет AS431 и TL431 могут с успехом заменить целый ряд стабилитронов с гораздо лучшими характеристиками.
Внутренне они не так сильно отличаются от вашей схемы: для установки любого опорного напряжения от 2,5 В до примерно 36 В требуется всего 2 резистора.

введите описание изображения здесь

введите описание изображения здесь

Спасибо за предложение, но, как я уже сказал, это не современный проект источника питания. Думайте об этом как о вопросе «Аналоговый IQ-тест» (в некотором смысле). Если бы мне пришлось использовать современные варианты, я бы использовал специализированные микросхемы с регулируемым источником питания (похоже, у LT есть много вариантов, таких как LT3081) и даже линейный гибридный подход Swithing + LDO с набором ссылок MCU.

Поскольку прецизионное опорное напряжение напрямую связано с землей, что вам, вероятно, нужно и для выходного сигнала, я бы лично выбрал 1.

Если, конечно, вам не нужно быстро восстанавливаться после коротких замыканий/высоких нагрузок. В этом случае наличие резистивной части делителя напряжения на стороне низкого напряжения может облегчить возврат диода в состояние насыщения. Но это чистое предположение. Поскольку оба варианта легко смоделировать или построить и фактически протестировать, я бы пошел на это.

не могли бы вы уточнить «(...) вернуть диод в режим насыщения»? Как вы сказали, методом проб и ошибок легко, но я хотел бы получить идею / интуицию?
Конфигурация стабилитрона операционного усилителя
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v