Защита входа ОУ

[mueller]

Подскажите, пожалуйста, как защитить вход операционного уситителя от перегрузки мощным сигналом?
Знаю что применяют встречно-параллельно включеные диоды. Но на схемах видел их включенными между входом и землей, в другом месте пишут, что включить их нужно между входами.
Подкинте парочку схем и, если не трудно, объясните принцип работы. На перед спасибо:)

[Соник]

Я конечно не профи, но может стабилитрончик поставить?

[mueller]

Я ни разу не видел на входе ОУ стабилитрон. Он ведь будет, как диод, одну полуволну сигнала (синусоиды) резать. Думаю не совсем то, что нужно. Да и нужно так, чтоб на звук не влияло. Опер будет выполнять функции преда к усилителю мощности. Все же хотелось бы услышать мнения о преславутых встречно-параллельных диодах

[ino53]

Два диода встречно-параллельно.
У исправного и нормально включенного операционника напряжение между входами не превышает единиц-десятков милливольт (U вых / К ус), так что в штатном режиме диоды закрыты и ни на что не влияют (про их емкость - единицы пФ - промолчим).

[Барсик]

Лучше всего ставить встречно-параллельные диоды между входом и общим (землёй), если уровень полезного сигнала не превышает 0,5 вольта. У таких диодов ёмкость (барьерная) несколько пикофарад (если они быстродействующие импульсные). Стабилитроны используют редко, т.к. у них большая ёмкость - 100 - 300 пикофарад.
Однажды мне пришлось делать усилитель для ФЭУ с полосой пропускания 0 - 5 МГц. Встречно-параллельные диоды не прокатили из-за большой ёмкости. Несколько пик оказалось слишком много. Пришлось ставить эти диоды в обратном включении со входа на +/- питания ОУ. Тоже защита. Обычно ОУ допускает входное напряжение почти равное напряжению питания. В таком включении их ёмкость оказалась значительно меньшей, чем при встречно-параллельном включении... Обратно смещённый p-n переход, знаете ли...

[dr.doc]

В промышленном оборудовании, с которым приодится работать (в основном СИФУ пр-ва СССР, Италии, Германии), защитные диоды устанавливаются между водом ОУ и выводами питания. Для исключения входа ОУ в насыщение, в ответственных местах ставят ограничители выходного напряжения.

[mueller]

Извените, не могу нарисовать схему, я с телефона сижу. Попробую объяснить все словами...
Значит, как я понял, возможные варианты защиты входа:
1) встречно-параллельные диоды со входа опера на землю;
2) встречно-параллельные диоды между входами опера;
3) минус питания - катод/анод диода - вход опера - катод/анод диода - плюс питания;
4) ну и защита опера от входа в насыщение, аналогична пункту 3, только ставится на выход оу.
Недостатки первых двух пунктов - большая паразитная емкость и, как я понял, овраничение сигнала на уровне 0,5-0,6В. Но у меня сигнал с компа или двд может быть и 1 и 2В. Диоды будут его резать?
Какие недостатки и приемущества имеет способ #3, кроме малой емкости?
И главное, я правильно понял и подитожил список защит?

[mueller]

Да, и еще такой вопрос:
если поставить со входа на землю пару встречно-паралельных кремниевых диодов, то они будут срезать сигнал выше ~0,6В, так?
А если два или три диода включить последовательно, а потом им в паралель еще 2 или 3 таких же, только встречно, то напряжение среза будет 1,2В и 1,8В соответственно.
Видел кто такие схемы на практике? Я, например, совсем не хочу резать треть полезного сигнала, ведь его амплитуда до 2В скачет, а одиночные диоды срезали бы или сильно ослабили все, что выше 0,6В

[МитяРа]

Два диода, но не встречно-параллельно, а один на плюс питания, а другой на минус..

[vitalik_1984]

Два диода, но не встречно-параллельно, а один на плюс питания, а другой на минус..

Главное не перепутать полярность и пшик не устроить:)

[peg]

Советуют правильно, но забыли про ограничивающий резистор.

Если сигнал на входе не превышает напряжения питания, диоды заперты
и не влияют на сигнал. Если превышает, диоды отпираются, и напряжение
не может превысить напряжение питания (это обычно безопасно).

R1 считаете примерно так. Берем максимальный ток защиты через диоды,
пусть 20 мА. Берем максимальное напряжение на входе, пусть 300 В.
R1 = 300В/20мА = 15 кОм.
Если перегрузка длительная, то мощность резистора около 6 Вт (300В*20мА).
Для кратковременных перегрузок мощность можно уменьшить в несколько раз.
Если хотим меньше мощность, берем ток поменьше, или напряжение.
Ориентируемся на входное сопротивление схемы усилителя, чтобы R1 не
шунтировал полезный сигнал.
Диоды ставим импульсные (КД503, КД521 и т.д.)

Так же можно защитить и второй вход.

[mueller]

Спасибо, Peg, очень полезный совет
Вот значит если я хочу, чтоб напряжение на входе было меньше напряжения питания, значит ставлю диоды со входа на шины питания согласно вышеприведенному рисунку.
А вот если хочу, чтоб входное напряжение было не выше примерно 0,6В, значит ставлю диоды встречно-паралельно со входа на землю? Симулятор показывает верность предположения. Но симуляторам с недавних пор не очень доверяю, а может у меня просто глючная версия.
Так я все таки прав?

[peg]

Если вас не волнуют искажения сигнала, то прав.
Если волнуют, то такая защита применима при уровнях сигнала меньше
200-300 мВ.
Посмотрите внимательно на схему, что я нарисовал. Если диоды подключить
не к шинам питания, а к стабилитронам (+-5.6 В), запитанным через резисторы
от питания, то ограничение начнет работать с 6 вольт. Ну, и так далее.
В крайнем случае, вместо стабилитронов поставьте прямо включенные диоды,
тогда ограничение начнется примерно от 1 В.

[mueller]

А о каких именно искажениях идет речь?
Моделирую схемы с встречно-паралельными диодами и с диодами на шины питания.
В первом случае искажения проявляются как более округлые вершины синусоиды, во втором случае - вершины синусоиды обрезаны. Ведь в обеих случаях искажения есть, только по разному выглядят. Или Вы имеете ввиду искажению, которыми схема пакостит звук?
Кстати, на глаза попался даташит на NE55З2. У него между инверсным и прямым входами стоят встречно-паралельные диоды и написано "Диоды для предотвращения перенапряжения входов. Если токоограничительный резистор не используется, большой ток будет ограничиватся, если разностное напряжение между входами превысит 0,6В"

[peg]

А о каких именно искажениях идет речь?

Дело в том, что диоды в прямом включении совсем не идеальны, то есть
сопротивление у них падает плавно, и ограничивать они начнут плавно...
Ну, тут все зависит от точности, или тех нелинейных искажений, которые
для вас несущественны (или существенны!).
В общем, они искажают сигнал всегда, только маленький поменьше,
большой побольше. А начиная примерно с 0.6 В искажения уже глазом видны.
Где-то так.
А если токоограничительного резистора нет, его роль начинает исполнять
полное сопротивление входной цепи, и если оно мало, никакого ограничения
не будет, просто сгорят ваши диоды, а потом и усилитель.

[mueller]

Ой, Вы меня напугали)
*побежал ставить токоограничительный резистор*
Еще раз спасибо за пояснения

[Верещагин]

А если два или три диода включить последовательно, а потом им в паралель еще 2 или 3 таких же, только встречно, то напряжение среза будет 1,2В и 1,8В соответственно.

Да вроде почему бы и нет. И емкость вроде бы поменьше станет.
Только на шины питания все равно выглядит предпочтительнее. Только при высокоомных входах возможно придется учесть их токи утечки.

[UAFE]

Пример встречно-паралельных диодов на воде ОУ. Блок А2, ОУ DA1