アクティブリミッターとクリッピング回路は、アナログ電子の基本的なビルディングブロックであり、重要な信号保護と波紋形状の形状を敏感なダウンストリームコンポーネントに提供します。 操作アンプ(OPアンプ)を活用することで、設計者は、パッシブダイオードクランプだけでは配信できません。 この拡張ガイドは、理論、設計方法論、構成選択、および実用的な取引オフを、強力なアクティブリミッターと信号保護のためのオペアンプとクリップ回路を作成することに関与しています。

アクティブリミッターとクリッピング回路の理解

アクティブリミッターは、入力信号の振幅をあらかじめ定義された範囲に制限する回路で、ADC入力、アンプステージ、または過電圧からマイクロコントローラピンを保護することができます。 ゼンダーダイオードまたは抵抗分岐器を使用して、単純なパッシブ制限とは異なり、アクティブリミッタは、信号ソースの最小限のロードで正確に制御された境界線を提供するために、オペアンプを組み込んでいます。

クリップ回路は、意図的に「クリップ」の限界のサブセットです。 電圧境界を超えると、多くの場合、オーディオ効果、波形生成、および信号を形づける通信システムで使用されます。 重要な違いは、意図的にあります。 制限器は、極端な遠足を締めながら信号の忠実性を維持することを目的としています。 クリップ回路は、回路が、芸術的または機能的な目的のためにしきい値よりも波形を意図的に歪めるようにします。

オプト・ベースのリミッタの設計原則

逆のampベースのリミッターのコア機構は、入力信号を1つ以上の参照電圧と比較するフィードバックループです。入力が参照を超えたとき、ダイオードは前方偏向になり、フィードバックパスを変更し、オペアンプの出力を制御レベルに強制します。この負のフィードバックアクションは、クランプが滑らかで正確で、ダイオードの前方電圧の漂流や温度感度に苦しむパッシブクランプとは異なります。

基本的な活動的な限界のトポロジー

標準的な正/負のアクティブリミッタは、2つのダイオードと2つの参照電圧源を使用して、オペアンプの非反転入力に接続します。 入力信号は、反転入力に適用されます。 V]]inは、正の参照]V]]V[[FLT[FLT]]]]]を[FLT[FLT:[FLT]]]]]を、[FLT[FLT][FLT]]]を[FLT]]、[[FLT]]]]、[[FLT:[FLT:[FLT:[FLT:[F]]を[FLT:[F]]]を[[F]を[F][FLT]][FLT]]]][[[[[[[[[[[[[[[F]]]]]]]]]]]]]]][[[[[[[[[[[[[[[

精密はOp Ampのフィードバックと制限します

ダイオードドロップ(-≈0.6 Vシリコン)は、しきい値オフセットを導入しています。このエラーを排除するために、デザイナーは、ダイオードがオペアンプのフィードバックループ内にある「スーパーダイオード」構成を使用します。これは効果的に前方ドロップをキャンセルし、参照電圧をサブミリ電圧精度で追跡する限界の境界を制限します。超精密を必要とするアプリケーションについては、レール対レールオペアンプとショットキーダイオードを使用して、より高速な電圧と回復を検討してください。

設計 株式および構成選択

シンプルな2ダイオードリミッターの場合、クランプ電圧は以下です。

  • 正式なクランプ: V]clamp + ] ≈ V]ref + + VD[
  • 負クランプ: V]クランプ] ≈ VAF-] - V[D[

[[[[[[[]V]D[]]は、ダイオードのフォワード電圧です。 正確なしきい値を達成するために、低ドリフトバンドギャップ電圧参照(例えば、ReF19xシリーズは、アナログデバイスから)または調整された供給からの抵抗分岐器を選択します。 出力アンプは、十分な帯域幅(通常は製品)と1MHzの周波数は、LTFL(A)を帯域幅が異なります。 [F]FLTF]F]FLTF]FLは、または、または、(AFLTFLTFL(A)の電圧は、または、または、または、または、または、HL(HL(HKF)の電圧は、HKF)の電圧は、HKは、HKは、HKは、HKは、HKは、HKは、HKは、HKは、HKは、HKは、HKは、HKは、HKは、HKは、HKは、HK

クリップ回路をOp Ampsで設計する

クリップ回路は意図的に非線形であり、多くの場合、チューブの飽和をエミュレートするために使用され、受信機を過渡バーストから保護し、または正弦波から四角波を生成します。 反対のアンプは、膝をクリッピングする上でゲインと精密な制御を提供します。

対対対対対対対対対称クリップ

対称クリッピングは、ファズ効果ペダルで共通する、さらには、調和を生じさせる等しい正性および負のしきい値を使用します。非対称クリッピング(差分しきい値)は、より豊かなトーンパレットのために、オッズとさらには調和を作り出します。設計は簡単です。2つの基準電圧を別々の値に置き換えるか、または、各境界を独立して調整するために、電位計の分岐器を使用します。

ソフト対ハードクリッピング

硬いクリッピングは、波形の鋭い角を打ち込み、デジタルシステムでエイリアスを引き起こす可能性がある高周波の調和を生成します。 ソフトクリッピングは、しきしきの近くの波形を徐々に丸め、ウォーマー、より音楽的な歪みを作り出します。 ソフトクリッピングを実施するには、ダイオードに接続されたトランジスタまたはフィードバックパスのMOSFETを交換し、または、一連の小さな抵抗器をダイオードで追加します。 抵抗器は、スロープをコントロールします。

実用的なクリッピング回路例

従来のオペアンプクリップ回路は、フィードバックループの2つのバックツーバックゼンダーダイオードを使用します。Zenersは出力を±V]Z+ 0.7 Vにクランプします。低電圧アプリケーション(例えば、±3.3 Vの供給)の場合、シリーズの1 kΩ抵抗器を使用して膝を柔らかくします。100 Ωから10 kΩまでの抵抗器を調節して、スムーズにクリップをソフトに移行します。

実践的な検討と応用

理論から信頼性の高い生産回路への移行には、いくつかの寄生および環境要因に注意が必要です。これらを無視すると、振動、帯域幅の低下、または極端な条件下での故障につながる可能性があります。

帯域幅とスルー率の制限

すべてのオペアンプには、有限の旋回速度(SR)とゲイン帯域幅製品(GBP)があります。 10 Vスイングを備えた20kHzのオーディオ信号の場合、最小SRの1.26 V /μsは、旋回誘発歪みを避けるために必要です。 高速トランジェント(例えば、ESDパルス)の場合、SR > 100 V /μsのオペアンプを選択します。 正確なクランプのための利益の最大10倍の頻度は、少なくともXNUMX回でなければなりません。

電源の考慮事項

出力スイングは、供給レールによって制限されます。 ±15 V 供給では、出力は ±13 V にのみスイングする場合があります。 参照電圧が一般的なモード入力範囲内にあることを確認し、オペアンプの出力が導電にクランプダイオードを駆動することができることを保証します。 レールツーレール入力/出力オペアンプ(例: OPAx317)は、単一供給構成で設計を簡素化します。

過電圧および過渡に対する保護

出力が最大定格を超えた場合、最高のオペアンプリミッターは、無期限過電圧を生き残ることができません。 逆に、オペアンプ入力から、ラッチアップやダメージを防ぐための供給レールに外部のショットキーダイオードを追加してください。 産業用アプリケーションには、オペアンプが故障条件中に電流を制限する前のシリーズレジスタ(1kΩ〜10kΩ)が含まれます。

熱・長期安定性

ダイオードはおよそ2 mV/°Cによって電圧低下を先を運びます。温度クリティカル設計では、温度補償された参照として形成される2N3904)か、または熱した温度補償された電圧参照ICを使用して下さい。Opのオフセットの電圧漂流(精密タイプのための典型的に5つのμV/°C)は有効なクランプしきを移すことができます。

アプリケーション固有のデザインのヒント

  • Audio信号保護:[]]]高速スライディングオペアンプ(TL072またはNE5532)を使用して、過渡からアンプの入力を保護しながら、粗い歪みを防ぐことができます。
  • []ADC入力過電圧保護:[ クランプ境界を100 mV上および保護を保障しながら、クリップを回避するためにACDのフルスケール範囲の下の100 mVを設定します。 精度リミッターを持つADCの前に、単一繰り返しバッファを使用してください。
  • []通信受信機のリミッタ:[ RFおよび中間周波数(IF)回路のために、受信機をdesensitizingから限界を防ぐOPA847のような広い帯域幅(>100 MHz)のop ampを選びます。
  • Waveform生成:]] 三角形の対正なコンバーターを作成するために、クリップ回路とインテグレータを結合します。 クリップ境界を調整すると、三角形の振幅が変化し、したがって、正弦の直線性が変化します。

シミュレーション・テスト

試作する前に、現実的なダイオード モデル(例えば、1N4148 または BAT54)を使用して回路をシミュレートします。 信号がしきい値を渡るとき、過度の応答がオーバーシュートまたはリングを展示しないことを確認してください。 ベンチでは、クランプされた波形のエッジを観察するために十分な帯域幅(≥100 MHz)でオシロスコープを使用します。 クランプ電圧精度を精密マルチメーターで測定します。

さらなる読書のための外部リソース

インフォメーション

アクティブリミッターと操作アンプを備えたクリッピング回路の設計は、エンジニアに機密電子機器、条件信号を保護し、意図的な歪み効果を作成する強力な方法を提供します。 慎重に、オプトアンプ、ダイオード、参照電圧、およびフィードバックネットワークを選択することにより、設計者は最小限の信号劣化で正確なしきい値を達成することができます。 帯域幅、絞り率、電源制限、および熱影響を理解することで、回路は温度と角条件全体で確実に動作することを可能にします。 オーディオ、またはアナログガイドの検証ツールは、アナログ、アナログガイド、アナログガイド、アナログガイド、アナログ、アナログ、アナログ、アナログ、アナログ、アナログ、アナログ、アナログ、アナログ、アナログ、アナログ、アナログ、アナログ、アナログ、アナログ、アナログ、アナログ、アナログ、アナログ、アナログ、アナログ、アナログ、アナログ、アナログ、アナログ、アナログ、アナログ、およびアナログ、およびアナログ、およびアナログ、およびアナログ、およびアナログ、およびアナログ、およびアナログ、およびアナログ、およびアナログ、およびアナログ、およびアナログ、およびアナログ、およびアナログ、およびアナログ、およびアナログ、およびアナログ、およびアナログ、およびアナログ、およびアナログ、およびアナログ、およびアナログ、およびアナログ、およびアナログ、およびアナログ、およびアナログ、およびアナログ、およびアナログ、およびアナログ