Amplificando um sinal PWM com um amplificador operacional. A taxa de giro é um problema?

Preciso amplificar um sinal PWM de 5V a 24V para acionar um mosfet que, por sua vez, aciona um pequeno motor DC. O sinal de entrada tem uma frequência de 500Hz e vem do Arduino uno (pino 9).

Para amplificar o sinal, pensei em usar uma configuração típica de amplificador não inversor

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Se eu usar um amplificador operacional, como o TL071, a taxa de variação típica é de 16 Volts / microssegundo. Isso significa que o amplificador operacional levará 24/16 = 1,5 micro segundos para atingir a alta saída do PWM. Isso me parece aceitável, pois, com uma frequência PWM de 500 Hz, o período PWM deve ser de 2000 microssegundos, portanto, 1,5 sobre 2000 é desprezível.

Existe alguma outra consideração que devo fazer? Por exemplo, devo considerar o tempo que o mosfet precisa carregar o portão? Existe uma maneira melhor de amplificar um sinal PWM?

Além disso, suponha que eu gostaria de aumentar a frequência PWM. Por exemplo, até 2.5kHz. nesse caso, o período PWM deve ser de 380 micro segundos. considerando 1,5 acima de 380 a taxa de variação ainda me parece aceitável.

Para esse tipo de amplificação de tensão, você normalmente usaria ... um MOSFET.

Comutação simples do canal N um, comutação do lado inferior com um resistor na tensão de alimentação positiva:

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

O valor de R1 depende do que você precisa para ligar do lado de fora.

Na verdade, esse é um circuito inversor, mas isso realmente não importa - a maioria dos MCUs pode simplesmente definir a polaridade do PWM, ou você pode simplesmente inverter logicamente o ciclo de trabalho.

O que realmente levanta a questão de por que você acha que precisaria aumentar a tensão do MOSFET que está tentando dirigir!

Há várias coisas erradas ou confusas aqui:

1. 24 V é muito alto para uma porta MOSFET. Normalmente, eles são especificados para alternar totalmente com 10 ou 12 V. 24 V pode ser o máximo absoluto, não o que ele pretende alternar.

2. Um TL071 é totalmente inapropriado aqui. Eles precisam de vários volts de altura livre de ambos os suprimentos, tanto na entrada quanto na saída.

3. Especificações típicas não fazem sentido.

4. Use um driver FET. Dirigir um portão FET a partir de um sinal digital é exatamente o que eles servem.

5. Dependendo da tensão de alimentação do motor e da corrente do motor, você poderá usar um FET que alterne perfeitamente com apenas 5 V no gate. Se o motor for alimentado a partir de 30 V ou menos, algo como o IRLML0030 funcionaria. Você acabou de conectar seu portão diretamente à saída digital.

6. 500 Hz provavelmente é rápido o suficiente para o motor filtrar mecanicamente os pulsos. No entanto, provavelmente haverá um gemido audível e a corrente provavelmente mudará significativamente durante o tempo de ativação e desativação de cada pulso.

   Mesmo que você não se importe com a lamentação, é importante ter uma corrente constante. Pense na corrente através do motor quebrada em seus componentes CC e CA. Somente o componente CC move o motor. O componente CA não é útil, mas ainda causa aquecimento devido ao componente resistivo das bobinas do motor. Em resumo, quanto menos componente CA, mais eficiente é o acionamento geral do motor.

O que você analisou e concluiu parece bom, bom trabalho.

Você deve colocar um resistor entre a saída do amplificador operacional e sua porta FET. Sem ele, o amplificador operacional possui a capacitância da porta FET em sua saída, o que pode causar oscilação. Não posso dizer o valor do resistor sem conhecer a capacitância da porta do FET. No entanto, você geralmente encontra valores em torno de 470 R ou 1 K normalmente usados, então imagi

Existe alguma outra consideração que devo fazer?

Os drivers de porta geralmente são uma função dos comutadores que você pretende controlar. Os fatores mais importantes são os recursos atuais, os limites de frequência e a topologia do inversor.

Muito raramente você vê um amplificador linear usado aqui. O driver do Google gate pode ajudá-lo a obter mais informações.