Эта схема родилась из приложения, в котором требовалось точно ограничить входной сигнал до уровня менее 2.5 В при работе от источника питания 2.5 В (фактически опорного напряжения) с максимальным выходным током 4 мА. Поскольку динамический диапазон сигнала составлял от 0 до 2.5 В, ограничение его простым диодом или стабилитроном съело бы слишком большую часть этого диапазона. Кроме того, напряжение ограничения сигнала должно было регулироваться более точно, чем могло обеспечить любое из простых устройств.
Это решение (см. Рисунок 1) основано на rail-to-rail операционном усилителе, способном работать от источника питания 2.5 В, но даже в этом случае наилучшую линейность обеспечивает работа входных и выходных узлов усилителя вблизи середины его диапазона 0…2.5 В.
Для этого опорное напряжение уменьшается вдвое делителем R3/R4 и подается на неинвертирующий вход. Измеряемое напряжение также делится пополам цепочкой R5/R6 и подается на инвертирующий вход.
 |
||
| Рисунок 1. | Схема для точного ограничения выходного напряжения на уровне 2.5 В, питающаяся от источника 2.5 В. |
|
Наконец, диод D5 на выходе усилителя позволяет усилителю принимать напряжение с узла ВЫХОД только в том случае, если уровень пытается превысить значение 2.5 В. Использование четырех резисторов одинакового номинала упрощает достижение высокой точности благодаря доступности прецизионных резисторных сборок.
R2 действует как последовательное сопротивление ограничителя выходного напряжения усилителя. Величина сопротивления R2 может широко варьироваться в зависимости от приложения, но необходимо учитывать, что используемый здесь операционный усилитель OPA333 (U2) рассчитан на максимальный выходной ток 5 мА.
Пример реализации этого ограничителя показан со схемой измерения переменного напряжения, для которой изначально он и создавался (Рисунок 2).
 |
||
| Рисунок 2. | Схема ограничителя, показанная со схемой измерения переменного напряжения. | |
Схема измерения переменного напряжения подключена к регистратору с максимально допустимым входным напряжением 2.5 В. Регистратор также имеет выход опорного напряжения 2.5 В. Проблема заключается в том, что входное напряжение регистратора никогда не должно превышать 2.5 В. Этот уровень ограничивается схемой, основанной на операционном усилителе OPA333 (U2).
 |
||
| Рисунок 3. | Моделирование воздействия броска напряжения 5000 В на вход схемы измерения переменного напряжения на Рисунке 2. |
|
Емкостной аттенюатор и выпрямитель используются для измерения линии «240 В AC», где предполагаемое выходное постоянное напряжение составляет 2 В при входном напряжении переменного тока 240 В. На Рисунке 3 показан результат моделирования воздействия броска напряжения 5000 В на вход «240 В AC»
Заключение
Простота схемы, отличные характеристики и низкая стоимость реализации, сделавшие ее более чем удовлетворительной для моего приложения, должны сделать ее хорошим решением и для других приложений сбора и измерения данных, которым нужна быстрая, точная и доступная защита от повышенных напряжений.
Купить OPA333 на РадиоЛоцман.Цены
