Amplificación de una señal PWM con un amplificador operacional. ¿La velocidad de respuesta es un problema?

Necesito amplificar una señal PWM de 5V a 24V para conducir un mosfet que a su vez impulsa un pequeño motor de CC. La señal de entrada tiene una frecuencia de 500Hz y proviene de Arduino uno (pin 9).

Para amplificar la señal, pensé en usar una configuración típica de amplificador no inversor

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Si uso un amplificador operacional como el TL071, la velocidad de respuesta típica es de 16 voltios / microsegundo. Esto significa que el amplificador operacional tardará 24/16 = 1.5 microsegundos en alcanzar la salida alta del PWM. Esto me parece aceptable ya que con una frecuencia PWM de 500 Hz, el período PWM debe ser de 2000 microsegundos, por lo tanto, 1.5 sobre 2000 es insignificante.

¿Hay alguna otra consideración que deba hacer? Por ejemplo, ¿debería considerar el tiempo que necesita el mosfet para cargar la puerta? ¿Hay una mejor manera de amplificar una señal PWM?

Además, suponga que me gustaría aumentar la frecuencia PWM. Por ejemplo hasta 2.5kHz. en este caso, el período PWM debe ser de 380 microsegundos. considerando 1.5 sobre 380, la velocidad de respuesta todavía me parece aceptable.

Para este tipo de amplificación de voltaje, normalmente usarías ... un MOSFET.

Conmutación simple de canal N uno, lado bajo con una resistencia que va a la tensión de alimentación positiva:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

El valor de R1 depende de lo que necesite cambiar en el exterior.

De hecho, este es un circuito inversor, pero eso realmente no importa: la mayoría de las MCU simplemente pueden establecer la polaridad del PWM, o simplemente puede invertir lógicamente el ciclo de trabajo.

¡Lo que realmente plantea la pregunta de por qué crees que tendrías que elevar el voltaje de la puerta del MOSFET que estás tratando de conducir!

Hay varias cosas mal o confundidas aquí:

1. 24 V es muy alto para una compuerta MOSFET. Por lo general, se especifican para cambiar por completo con 10 o 12 V. 24 V puede ser el máximo absoluto, no a lo que está destinado a cambiar.

2. Un TL071 es totalmente inapropiado aquí. Esos necesitan varios voltios de altura libre de ambos suministros tanto en la entrada como en la salida.

3. Las especificaciones típicas no tienen sentido.

4. Use un controlador FET. Conducir una puerta FET desde una señal digital es exactamente para lo que son.

5. Dependiendo del voltaje de la fuente de alimentación del motor y la corriente del motor, es posible que pueda usar un FET que cambie bien con solo 5 V en la puerta. Si el motor funciona con 30 V o menos, entonces funcionaría algo como el IRLML0030. Simplemente conecte su puerta directamente a la salida digital.

6. 500 Hz es probablemente lo suficientemente rápido como para que el motor filtre mecánicamente los pulsos. Sin embargo, es probable que haya un sonido audible, y la corriente probablemente cambiará significativamente durante el tiempo de encendido y apagado de cada pulso.

   Incluso si no te importa el quejido, tener una corriente constante es importante. Piense en la corriente a través del motor dividido en sus componentes de CC y CA. Solo el componente DC mueve el motor. El componente de CA no hace nada útil, pero todavía causa calentamiento debido al componente resistivo de las bobinas del motor. En resumen, cuanto menos componente de CA, más eficiente es el accionamiento general del motor.

Lo que ha analizado y concluido se ve bien, buen trabajo.

Debe colocar una resistencia entre la salida del amplificador operacional y su puerta FET. Sin él, el amplificador operacional tiene la capacitancia de la puerta FET en su salida, lo que puede hacer que oscile. No puedo decir el valor de la resistencia sin conocer la capacitancia de compuerta del FET. Sin embargo, generalmente se encuentran valores alrededor de 470 R o 1 K, por lo que imagino

¿Hay alguna otra consideración que deba hacer?

Los controladores de compuerta generalmente son una función de los conmutadores que pretende conducir. Los factores más importantes son las capacidades actuales, los límites de frecuencia y la topología de la unidad.

Muy raramente ves un amplificador lineal usado aquí. El controlador de puerta de Google puede ayudarlo a obtener más información.