O circuito do pé-de-cabra causa um comportamento inesperado no circuito do amplificador operacional

Estou usando um amplificador operacional para amplificar um sinal de entrada de um microcontrolador, que em geral está funcionando bem.

Para proteção contra sobretensão, adicionei o circuito do pé-de-cabra obtido diretamente da figura 32, página 27 da folha de dados do TL431, e que adicionou um comportamento indesejável ao circuito que não entendo direito.

Com o TL431 disparando a uma tensão de 2,5 V e o divisor de tensão $R_3$/$R_4$o pé de cabra deve disparar a uma tensão de saída de amplificador operacional de 4,8 V e queimar o fusível. Mas o que eu vejo é que, assim que a tensão de saída atinge 3 V, a saída cai para 0,75 V e permanece nesse nível até a tensão de entrada cair o suficiente, para que a saída fique abaixo de 0,75 V em operação normal. Depois disso, ele funcionará conforme o esperado novamente, até que seja atingida uma saída de 3 V ou mais.

Eu descobri nesta discussão sobre o circuito do pé-de-cabra , que o posicionamento e o tamanho do capacitor, conforme descrito na folha de dados, podem não ser ideais. Isso poderia de alguma forma causar o meu problema? Caso contrário, o que mais pode ser responsável por esse comportamento?

EDIT: Para o contexto apropriado para o pé de cabra adicionado, eu regulo a potência de um laser com a saída do amplificador operacional. Eu tenho que garantir que o laser não seja permanentemente ligado por um curto-circuito da saída para 5V que é usado como + Vcc para o amplificador operacional e para outras partes da placa de circuito impresso. Como eu não preciso de mais de 4,2V de saída e não deveria ter mais do que isso durante a operação regular, soprar um fusível com o pé de cabra era o melhor que eu poderia encontrar para me proteger contra esse caso.

Folhas de dados:

Fusível: https://www.mouser.de/datasheet/2/358/typ_MGA-A-1388649.pdf

Op amp: https://www.mouser.de/datasheet/2/609/AD8605_8606_8608-877839.pdf

Triac: http://www.ween-semi.com/sites/default/files/2018-11/BT137S-600D.pdf

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

Atualização: A remoção de C1 completamente não elimina o comportamento descrito, mas aumenta a tensão na qual ocorre para 3,3V

No circuito, como você mostra, você não precisa de C1.
Como apontado na discussão anterior, o capacitor pode ligar o Triac com aumentos repentinos na saída do opamp.

O TL431 não é realmente adequado para o que você está tentando fazer, pois requer um Ik mínimo para definir a referência (0,4mA). A condução estranha que você está vendo é provavelmente devido ao impacto do gerador de referência interno.

No entanto, supondo que você queira queimar um fusível (e, como já apontado, o fusível selecionado não é adequado), sugiro que a seguinte alteração possa resolver seus problemas:

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

R3 garante que a referência interna do TL431 seja sempre atendida adequadamente e não depende do nível do sinal.
M2 diminui a saída do opamp .... mas aqui as coisas são nebulosas. O opamp é capaz apenas de 80mA, então suponho que você esteja tentando queimar o fusível quando o opamp estiver morto (e a corrente não for controlada).
No entanto, se o opamp estiver ok e o sinal estiver muito alto, esse circuito prenderia a saída afundando o 80ma sem problemas. Conseguir queimar um fusível é um trabalho árduo.

Atualização: Qual é o motivo pelo qual você deseja limitar o balanço de saída para 4,8V quando a operação ferroviário o limita a 5V? Explique suas necessidades de maneira mais completa, para uma melhor esperança de uma resposta viável.

Olhando para o problema de uma perspectiva pura de opamp, é sua especificação da seguinte maneira:

1. A saída do opamp NUNCA deve ultrapassar os 4.8V com uma fonte de 5V
2. A entrada deve ter alta impedância
3. O opamp não está quebrado (portanto, a corrente de saída limita o trabalho)
4. Prenda a entrada em vez da saída

Essa pode ser uma abordagem viável para simplesmente prender o sinal de entrada:

^{simule este circuito}

O TLV3011 fornece uma tensão de referência muito precisa e o R4 / 5/6 fornece um ajuste para o limiar de saída.

O opamp não fornece corrente suficiente para queimar o fusível. O fusível é classificado para 200mA (para o fusível nominal mais baixo da família), o opamp pode fornecer apenas 80mA (se funcionando a 5V a 2,7V, é apenas 30mA), ou menos da metade da corrente para queimar o fusível.

Suponhamos que o aterramento estivesse conectado à outra extremidade do fusível, em vez do circuito do pé-de-cabra, apenas 80mA fluiriam através do fusível e ainda não explodiriam, mesmo que você aumentasse a tensão tão alta quanto a saída do AD8605 permitir a sua classificação (6V).

Os circuitos do pé de cabra são para circuitos de tensão que possuem baixa impedância de fonte / altas correntes, como uma fonte de alimentação.

EDITAR:

Existem algumas opções, uma maneira seria limitar a saída do opamp alterando Vcc do opamp para 3,4V.

O outro método seria usar um diodo zener na entrada, no entanto, isso sacrificaria alguma linearidade e a impedância de carga, como visto no Vin. O resistor poderia ser aumentado para um valor mais alto, mas também alteraria a inclinação da curva limitadora e tornaria a faixa superior da curva Vin / Vout onde os grampos do diodo são imprecisos / menos lineares. Esta não é uma boa opção, prefiro fixar a saída ou limitar o Vcc (que provavelmente seria o mais simples e adicionaria apenas um regulador ao circuito).

A última opção seria usar um resistor em série e diodos na saída, também com algumas perdas devido ao resistor em série e à corrente de fuga do diodo.

OUTRA EDIÇÃO:

Se você deseja limitar a corrente, existem muitos circuitos que podem realizar essa tarefa. (também existem muitos CIs adequados para essa tarefa). A maioria envolve a detecção de corrente com um amplificador de detecção de corrente, como o mostrado abaixo (o amplificador IC1 alterna o acoplador óptico, que por sua vez alterna um comutador lateral alto pmos):

Fonte: https://www.electronicdesign.com/power/current-limiter-offers-circuit-protection-low-voltage-drop

OU muitos circuitos listados aqui

Encontrei o motivo original do comportamento inesperado do TL431.

Aconteceu que a biblioteca Eagle que eu estava usando tinha o pacote SOT23 para o TL432 sob o TL431. Como os dois trocaram pinos de cátodo e referência, meu circuito não funcionou corretamente com o TL431.

O circuito original ainda tinha algumas instabilidades, e foi por isso que aceitei a resposta de Jack Creasy, já que o circuito alternativo funciona muito bem.