Защита входа ОУ от перенапряжения

[Климентий]

Думаю тема будет полезна для общего развития...

В процессе изготовления активной приставки на ОУ для компьютерного измерительного комплекса, столкнулся с необходимостью защиты входа ОУ от перенапряжения ⚡ при проведении измерений в анодных цепях... И казалось бы есть решение с встречно-параллельных включением диодов на входе ОУ ... А не так все просто оказалось... 🤷 диоды упорно вносят искажения в форму измеряемого сигнала... Для примитивных вольтметров да, такое решение применимо, но для измерения аудиосигналов вносимые искажения недопустимы...

Собственно и вопрос... Кто-то имел опыт в реализации схем защиты ОУ с минимальными искажениями входного сигнала...

 

[Russ3000]

Столкнулся с подобной проблемой при изготовлении активного балансного щупа к осциллоскопу, на входе микросхема AD8421, которую пришлось защитить по входу супрессорами с низкой собственной емкостью, это наиболее простое решение.

[Климентий]

А на какое напряжение были у вас супрессоры? Низковольтные ?

[BAA]

Если инвертирующее включение - два встречно-параллельных Шоттки от HP, емкость доли пикофарад. А что побольше надо типа стабилитрона с парой диодов. Пара 1N4148 КД510/522, но емкость будет несколько пикофарад.
Если известна величина перенапряжения, например 20 В при 15 питания, то есть последовательные полевые же протекторы от AD, всё, что выше питающего отключают. Примерно по указанной схеме.
Ставить что-то с емкостью как у полевика с обеднением (LND150) на вход ОУ не стоит (зависит, конечно, от включения).
И не забываем о балласте, о том, на чем будет выделяться ваше перенапряжение (например прследовтельном резисторе).

[Климентий]

Грубо такую схему накидал...но диоды дают искажения даже по 3шт последовательно... Пробовал диоды кд521...

Перенапряжение падает на делителе...

 

[BAA]

Поехали: (из печального, но не всегда, опыта)
сделать просто делитель, даже для звуковых частот, скорее всего не выйдет.
Надо параллельно каждому резистору ставить добрую емкость (NP0) обратно пропорционально сопротивлению, что может таки испортить коэффициенты деления.
В нижнем плече - то же самое.
10 пФ и 2 МОм дает постояную времени 20 мкс <=> 8 кГц :-(
Располагать резисторы внутри, как минимум, электростатического экрана, достаточного большого размера. Для получения фиксированной и воспроизводимой емкости на землю.
От неё зависит емкость вышеуказанных конденсаторов.
Относительно схемы с диодами: посмотрите на схему их даташита ONSEMI. Прикол в том, что диоды заперты, пока напряжение на R14 не превышает напряжения на диоде+стабилитроне. Делаем из диодов мост с плавающим стабилитроном в диагонали "выпрямленного", а диагональ "переменного" стоит параллельно R14. Можно сделать растяжку из 2-х стабилитронов (плюс и минус) и двух диодов со средней точкой. Можно поставить конденсатор параллельно стабилитрону. 

 

[Russ3000]

7 часов назад, Климентий сказал:

А на какое напряжение были у вас супрессоры? Низковольтные ?

Там же ссылка на них, 82356120100. Вюртовские на 12В.

[Климентий]

6 часов назад, Russ3000 сказал:

Там же ссылка на них, 82356120100. Вюртовские на 12В.

12в на вход звуковой карты ПК допустимо разве подать? Мне кажется это не безопасно для карты...

[BAA]

8 hours ago, Russ3000 said:

Там же ссылка на них, 82356120100. Вюртовские на 12В.

Не хочу расстраивать, но это таки варистор из оксида цинка. С кубической зависимостью тока от напряжения. Не цепочка диодов, но все-таки.
To Климентий
замените в вашу схеме с диодами по одному диоду на маломощный стабилитрон (не стабистор - это тот же диод), в полярности противоположной диоду. Можно ставить шунтовые опоры, например LM4041.
В общем смысле, если у вас усилитель с полевиками на входе, ему ничего не повредит в пределах питающего и будет достаточно резистора последовательно со входом плюс диодов на питание. А вот для карты придется ставить R_R повторитель с однополярным питанием 5В, или таки мост со "стабилитроном" в диагонали.
Вот например та самая схема, почти "оригинал". И вот фронт-енд оно же входной усидитель внешней ЗК - вряд ли вы что-то сожжете, если поставите последовательно с вашим выходом хотя-бы килоом.
 

[Russ3000]

6 часов назад, BAA сказал:

Не хочу расстраивать, но это таки варистор из оксида цинка. С кубической зависимостью тока от напряжения. Не цепочка диодов, но все-таки.

Да и ладно, я таки их поставил больше для самоуспокоения, там микрохема защищена прилично, если верить ее описанию.

[Sagittarius]

On 9/23/2025 at 10:01 AM, Russ3000 said:

пришлось защитить по входу супрессорами с низкой собственной емкостью

...и низкой социальной ответственностью. Сапрессор - тот же стабилитрон, и утечки у них, как у стабилитронов - мама, не горюй. 

Тогда, как:

На выходе ОУ напряжение не превышает 12 В, кроме рельс-ту-рельсовых вариантов. Значит, на при подаче 20 В входного напряжения на входе ОУ напряжение не превысит: 13...14 В выходного + 0,6 В на диоде = 13,6...14,6 В:

где: 

белый - входное 20 В,

жёлтый - выход ОУ, клип на 13,45 В,

зелёным дано напряжение на входе - 14,18 В. 

Так как разница напряжений меж входом и выходом практически отсутствует, ток по ёмкости и паразитным проводимостям диодов не проходит. 

 

[Сергей Б]

Я дважды жёг свой лекрой, пытался защитить вход, но всё с какими то последствиями, описанными выше. В итоге поставил на вход 6С31Б, анодное 15 вольт, выход с катода, и всё заработало, хоть киловольт подавай. Правда это было 15 лет тому как. Деталей не вспомню.

[Андрей63]

Не зря на входе осциллографа С1-35 и С1-49 на входах лампа повторителем стоит, а дальше транзисторные каскады, УПТ однако.

[Russ3000]

4 часа назад, Sagittarius сказал:

..и низкой социальной ответственностью. Сапрессор - тот же стабилитрон, и утечки у них, как у стабилитронов - мама, не горюй. 

1мкА утечка при рабочих 12В и 10 пФ емкость. Посмотрел, подешевели они сильно.

[BAA]

Для ограничения давно есть спец устройства, от отключателей (AD), транзистор запирается, до Зенеров внутри моста из Шоттки. Последние с малой емкостью и пока закрыты емкость "не видна". 

12 hours ago, Sagittarius said:

ток по ёмкости и паразитным проводимостям диодов не проходит. 

Если не считать входную емкость полевиков, как положено, нелинейную. Хотя диоды, с емкостью на порядок меньше,  есть.

[Sagittarius]

3 hours ago, BAA said:

Если не считать входную емкость полевиков

Которая задана в ОУ инженерами на заводе и о которой никто ничего не говорил. 

3 hours ago, BAA said:

как положено, нелинейную

А вот с этим можно уверенно спорить. Добавляем следящую ОС по питанию ОУ (или той его половины, куда смотрят стоки применённых на входе ПТ - полуслежение), пропадает как входная ёмкость полевиков, так и её нелинейность.