J'ai une entrée AC comme suit:
- Peut varier de ± 10V à au moins ± 500V en continu.
- Fonctionne entre environ 1 Hz et 1 kHz.
- Nécessite> 100 kΩ d'impédance, sinon son amplitude change.
- Peut parfois être déconnecté et soumettre le système à des événements ESD.
Lorsque l'entrée est inférieure à 20 V, je dois numériser la forme d'onde avec un ADC. Quand il est au-dessus de 20V, je peux l'ignorer comme hors de portée, mais mon système ne doit pas être endommagé.
Étant donné que mon ADC a besoin d'un signal relativement rigide, je voulais mettre l'entrée en tampon pour d'autres étapes (dans celles-ci, je vais le polariser, le fixer à 0V à 5V et le nourrir à un ADC).
J'ai conçu le circuit suivant pour mon étage d'entrée initial pour obtenir une sortie sûre et forte que je peux alimenter à d'autres étages:
simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab
Mes objectifs sont:
- Assurer> 100 kΩ d'impédance sur la source.
- Remplacez une entrée ± 20V par une sortie d'environ 1,66V.
- Fournissez une sortie rigide.
- Manipulez en toute sécurité les entrées haute tension continues (au moins ± 500 V).
- Gérez les événements ESD sans décharger beaucoup de courant / tension sur les rails ± 7,5 V.
Voici ma justification pour la conception de mon circuit:
- R1 et R2 forment un diviseur de tension, réduisant la tension de 12X.
- La diode TVS réagit rapidement pour se protéger contre les événements ESD sur l'entrée, les jetant sur ma terre ferme, sans rien vider sur mes rails (faibles) ± 7,5 V.
- La diode TVS gère également les surtensions extrêmes (soutenues ± 500 V) en shuntant à la terre. Il est passé R1 pour limiter le courant dans ces cas.
- D1 et D2 fixent la tension divisée à ± 8,5 V, donc je n'ai pas besoin d'un condensateur haute tension pour C1 ; étant après R1 , le courant qui les traverse est également limité.
- C1 découple le signal d'entrée. Ce sera un électrolytique bipolaire. Il doit avoir une capacité relativement importante pour permettre aux signaux de 1 Hz de passer sans être affectés:
C1≫1
- R3 et C2 , avec R3 = R1 , compensent la polarisation et le décalage du courant d'entrée dans l'ampli-op (plutôt que de simplement court-circuiter la sortie vers l'entrée négative); forment également un filtre passe-bas:
Ce circuit est-il optimal pour mes objectifs? Puis-je m'attendre à des problèmes avec cela? Y a-t-il des améliorations à apporter ou existe-t-il une meilleure façon d'atteindre mes objectifs?
EDIT 1
J'avais initialement dit que cela devait gérer ± 200 V en continu, mais je pense que ± 500 V est une cible plus sûre.
Pour que la diode TVS fonctionne telle quelle , R1 doit être divisé en deux résistances, ici R1a et R1b , comme suggéré par @ jp314 :
EDIT 2
Voici un circuit révisé qui intègre les suggestions reçues jusqu'à présent:
- Zeners à travers l'alimentation ( @Autistic ).
- Résistances y menant ( @Spehro Pefhany ).
- Diodes BAV199 rapides ( @Master ; une alternative à faible fuite au BAV99 que @Spehro Pefhany a suggérée, bien qu'avec une capacité maximale d'environ 2 pF au lieu de 1,15 pF).
- Diode TVS à l'avant et mise à niveau à 500 V ( @Master ), de sorte qu'elle ne gère que les événements ESD, protégeant R1 .
- Dead short de la sortie de l'ampli op à l'entrée négative ( @Spehro Pefhany et @Master ).
- Diminué C1 à 10μF ( @Spehro Pefhany ); cela introduit une chute de tension de 0,3% à 1 Hz, ce qui n'est pas aussi bon que le capuchon de 220μF d'origine, mais facilitera l'approvisionnement du condensateur.
- Ajout d'une résistance R6 de 1 kΩ pour limiter le courant dans OA1 ( @Autistic et @Master ).