Хистерезис на Opamp - изчисления и съображения за проектиране

Хистерезис на Opamp - изчисления и съображения за проектиране

В повечето автоматични схеми на зарядно устройство за батерии в този блог може да сте виждали операционна система с включена функция за хистерезис за някои ключови функции. Следващата статия обяснява значението и техниките за проектиране на функцията на хистерезис в схемите на opamp.



За да научите точно какво представлява хистерезис, можете да се обърнете към тази статия, която обяснява хистерезиса чрез пример за реле

Принцип на действие

Фигура 2 демонстрира конвенционален дизайн на компаратор без използване на хистерезис. Тази подредба работи, като се използва делител на напрежението (Rx и Ry), за да се установи минималното прагово напрежение.





компаратор без хистерезис

Сравнителят би оценил и сравнил входния сигнал или напрежението (Vln) с зададеното прагово напрежение (Vth).

Входното захранващо напрежение на компаратора, което трябва да бъде сравнено, е свързано с инвертиращия вход, в резултат на което изходът ще има обърната полярност.



Всеки път, когато Vin> Vth изходът трябва да се доближи до отрицателното предлагане (GND или логически ниско за показаната диаграма). и когато Vln

Това лесно решение ви позволява да решите дали истинският сигнал, например, температурата е над дадена решаваща прагова граница.

Въпреки това използването на тази техника може да създаде затруднение. Смущенията във входния захранващ сигнал могат потенциално да доведат до превключване на входа над и под зададения праг, задействайки несъвместими или променливи изходни резултати.

Сравнител без хистерезис

Фигура 3 илюстрира реакцията на изхода на компаратор без хистерезис с променлив модел на входно напрежение.

изходна характеристика на компаратор без хистерезис с колебание на модела на входното напрежение

Докато напрежението на входния сигнал достига зададената граница (от мрежата на делителя на напрежението) (Vth = 2.5V), той регулира няколко случая над, както и под минималния праг.

В резултат на това изходът също се колебае в съответствие с входа. В действителните вериги този нестабилен изход може лесно да причини неблагоприятни проблеми.

Като илюстрация, помислете за това, че входният сигнал е температурен параметър, а изходният отговор - ключово приложение, базирано на температурата, което се интерпретира от микроконтролер.

Флуктуиращата реакция на изходния сигнал може да не донесе вярна информация на микроконтролера и може да доведе до „объркващи“ резултати за микроконтролера на решаващите прагови нива.

Освен това, представете си, че изходът на компаратора е необходим за задвижване на мотор или клапан. Това непоследователно превключване по време на праговите граници може да принуди клапата или двигателя да се включва / изключва многократно по време на критичните прагови ситуации.

Но „хладно“ решение чрез умерена промяна на веригата за сравнение ви позволява да включите хистерезис, който от своя страна напълно елиминира нервността при смяна на праговете.

Хистерезисът се възползва от няколко различни граници на праговото напрежение, за да остане далеч от флуктуиращите преходи, както се вижда в обсъжданата схема.

Захранването на входния сигнал трябва да премине над горния праг (VH), за да генерира превключване на ниска мощност или под долната граница на зададения праг (VL), за да премине към висок изход.

Сравнител с хистерезис

Фигура 4 показва хистерезис на компаратор. Резисторът Rh се заключва на нивото на прага на хистерезис.

компаратор с хистерезис, позволяващ регулиране на два прага

Всеки път, когато изходът е на логически висок (5V), Rh остава паралелен с Rx. Това изтласква допълнителен ток в Ry, повишавайки праговото гранично напрежение (VH) до 2.7V. Входният сигнал вероятно ще трябва да премине над VH = 2.7V, за да подкани изходния отговор да премине към логически ниско (0V).

Докато изходът е на логически ниско ниво (0V), Rh е зададен успоредно с Ry. Това намалява тока в Ry, намалявайки праговото напрежение до 2.3V. Входният сигнал ще иска да слезе под VL = 2.3V, за да уреди изхода до логически висок (5V).

Изход за сравнение с флуктуиращ вход

Фигура 5 означава изхода на компаратор с хистерезис с променливо входно напрежение. Нивото на входния сигнал трябва да се премести над по-горната прагова граница (VH = 2.7V), за да може изходът на операционния усилвател да се изплъзне до логически ниско (0V).

изходна характеристика на компаратор с хистерезис с променливо входно напрежение

Също така, нивото на входния сигнал трябва да се движи под долния праг, за да може изходът на операционния усилвател плавно да се изкачи до логически висок (5V).

Нарушенията в този пример могат да бъдат незначителни и следователно могат да бъдат пренебрегнати, благодарение на хистерезиса.

Но като каза това, в случаите, когато нивата на входния сигнал са над изчисления диапазон на хистерезиса (2.7V - 2.3V), може да доведе до генериране на допълнителни колебаещи се изходни преходни реакции.

За да се коригира това, се изисква настройката на диапазона на хистерезис да се разшири достатъчно, за да отхвърли предизвиканото смущение в дадения специфичен модел на веригата.

Раздел 2.1 ви предоставя решение за определяне на компоненти за фиксиране на праговете в съответствие с избраните от вас изисквания за приложение.

Дизайн на компаратора за хистерезис

Уравнения (1) и (2) могат да помогнат при вземането на решение за резисторите, които желаят да създадат праговите напрежения на хистерезиса VH и VL. Необходима е единична стойност (RX), за да бъде произволно избрана.

В рамките на тази илюстрация RX беше определен до 100k, за да помогне за намаляване на текущото теглене. Rh е изчислена на 575k, съответно е приложена непосредствената стандартна стойност 576k. Потвърждението за уравнения (1) и (2) е представено в допълнение А.

Rh / Rx = VL / VH - VL

Дизайн на компаратора за хистерезис

Обсъждане на хистерезис с практически пример

Вземаме примера с верига на зарядно устройство за батерии IC 741 и научаваме как резисторът за хистерезис с обратна връзка позволява на потребителя да настрои пълното отрязване на батерията и възстановяването на ниския заряд на релето отделно чрез някаква разлика в напрежението. Ако хистерезисът не беше въведен, релето бързо ще се ВКЛЮЧИ ИЗКЛЮЧЕНО на нивото на изключване, причинявайки сериозен проблем със системата.

Въпросът беше повдигнат от един от посветените читатели на този блог г-н Майк.

Защо се използва референтен ценер

Въпрос:

1) Здравейте, тази схема е много гениална!

Но имам няколко въпроса за сравнителните оператори

Защо за референтното напрежение се използват 4.7 ценера? Ако не искаме 12 волта да спаднат под 11 за разряд, защо толкова ниска ценерова стойност?

Дали обратният резистор към обратната точка на заземяване е резистор 100K? Ако да, защо е избрана тази стойност?

Благодаря за всяка помощ!

2) Също така, извинявам се, забравих, защо има 4,7 зенера в основите на транзисторите BC 547?

3) Също така последният ми въпрос за днес за тази схема. Червените / зелените индикаторни светодиоди как светят? Искам да кажа, че червеният светодиод е свързан чрез своя резистор към горната + релса, свързва се към изхода на OPAMP, след което се спуска последователно към зеления светодиод.

Изглежда, че те биха включили и двете едновременно, тъй като те са последователно и в двете вериги.

Има ли нещо общо с веригата за обратна връзка и виртуалната земя? О, мисля, че може да видя. Така че, когато OPAMP е изключен, горният червен светодиод

Токът преминава през резистора за обратна връзка (по този начин е включен) към виртуалната точка на земята? Но как се изключва, когато OPAMP има изход? Когато OP AMP получи изход, виждам, че се спуска до зеления светодиод, но как в това състояние червеният светодиод след това се изключва?

Благодаря още веднъж за всяка помощ!

Моят отговор

4.7 не е фиксирана стойност, може да бъде променена и на други стойности, предварително зададената настройка на щифт # 3 в крайна сметка настройва и калибрира прага според стойността на ценера на selecte.

Въпрос

Така че референтното напрежение е ценерът е на щифт 2 (изглед отгоре opamp) правилно? 100K резисторът за обратна връзка и гърнето създават хистерезисна стойност (което означава, разликата между щифт 2 и 3, за да накара opamp да се люлее високо до + напрежението на релсата)?

Операционният усилвател в тази конфигурация винаги се опитва да накара щифтове 2 и 3 да достигнат една и съща стойност чрез неговия резистор за обратна връзка, правилно (нула, тъй като разделителят за обратна връзка е @ 0, а щифт 3 е @ земя)?

Виждал съм този контролер за слънчево зарядно устройство без обратна връзка, просто използвайки няколко opamps с референтни щифтове за напрежение и гърне на другия.

Просто се опитвам да разбера как работи хистерезисът в този случай не разбирам математиката в тази схема. Абсолютно необходима ли е предварително зададената обратна връзка за 100k 10k?

В други схеми на opamp те не използват никакви обратни връзки, просто ги използват в режим на конфигуриране на компаратора с реф напрежение при инвертен / неинвертиран щифт и когато едното е надвишено, opamp се люлее към своето релсово напрежение

Какво прави обратната връзка? Разбирам формулата за усилване на opamp, в този случай това ли е 100k / 10k x разлика в напрежението на POT напрежение (предварително зададена) стойност и 4.7 ценера?

Или това е тип задействане на Schmidt за хистерезис UTP LTP верига

Все още не получавам обратната връзка със 100k / 10k повечето сравнителни устройства на opamp. Виждал съм, че просто използвам opamp за насищане, бихте ли обяснили защо обратната връзка и печалбата за това?

Добре, аз съм глупав, 10K настройката се използва за разделяне на напрежението от 12-волтовата шина, нали? И така, когато неговата предварително зададена стойност според чистачката POT е повече? от 4.7V ценер, ние люлка на opamp високо? все още не получавам 100k обратна връзка и защо се използва в схема за сравнение

как се прилага хистерезис в opamp

Защо се използва резистор за обратна връзка

Моят отговор

Моля, обърнете се към горната примерна фигура, за да разберете как работи резисторът за обратна връзка в схема на Opamp

Сигурен съм, че знаете как работят разделителите на напрежение? Веднага след пълното

се открива праг на зареждане, като според настройката на щифт # 3 предварително зададеното напрежение на щифт # 3 става малко по-високо от ценеровото напрежение на пин # 2, това принуждава изхода на операционния усилвател да се люлее до нивото на захранване от предишната му нула волта .... което означава, че се променя незабавно от 0 до 14V.

В тази ситуация сега можем да предположим, че обратната връзка е свързана между „положително захранване“ и щифт # 3 ... когато това се случи, резисторът за обратна връзка започва да подава това 14V към щифт # 3, което означава, че допълнително подсилва предварително зададеното напрежение и добавя малко допълнителни волта в зависимост от стойността на неговото съпротивление, технически това означава, че тази обратна връзка става успоредно с предварително зададен резистор, който е настроен между централното му рамо и положителното рамо.

Така че, да предположим, че по време на прехода пин # 3 е бил 4.8V и това превключва изхода на ниво на захранване и позволява на захранването да достигне обратно до щифт # 3 чрез резистора за обратна връзка, което е причинило пина # 3 малко по-висок да кажем при 5V .... благодарение на този пин # 3 напрежението ще отнеме повече време, за да се върне под нивото на ценеровите 4.7V, защото е повишено до 5V ... това се нарича хистерезис.

И двата светодиода никога няма да светят, тъй като кръстовището им е свързано с щифт # 6 на операционния усилвател, който ще бъде или на 0V, или захранващия волт, който ще гарантира, че червеният светодиод светва или зеленият, но никога заедно.

Какво е хистерезис

Въпрос

Благодарим ви, че отговорихте на всичките ми въпроси, особено на този относно обратната връзка, който изглежда малко усъвършенстван конфиг, така че неговият нов за мен би този вариант на веригата за зададено задание с ниско напрежение работи, както и 14 волта на неинвертния, 12 волта ценер на инверта референтен щифт.

След като релсата 14 VDC спадне до 12, изходът на opamp се включва. Това би активирало частта от веригата с ниско напрежение. Във вашия случай, 10k потът просто се 'настройва', 'разделя' или довежда 14-волтовата шина до напрежение по-близо до 4.7zener? Все още контролирате 14 VDC.

Искам да кажа, че след като премине към 11 VDC и т.н., искате съотношение, което да люлее opamp високо. ако замените 4.7 с друга ценерова стойност, разделителят на пота ще създаде ново съотношение, но потът все още е 'след' или в съотношение с релсата 14 VDC? Вместо да поставяте 14VDC на един щифт на opamp, вие го изпускате през разделител, но съотношението все още контролира малък спад от да кажем 14VDC до 11 VDC през 10K пота, който ще падне до 4.7V?

Просто се опитвам да разбера как веригата затваря „разпръскването“ от 11VDC (където искаме да бъде зададената точка за ниско напрежение) и реф. Напрежение от 4,7 vdc. повечето от сравнителните схеми, които съм виждал, просто имат ref vdc на щифт 2, например 6 VDC. и напрежение на релсата от да кажем 12 VDC. След това потът поставя разделител от тази релса от 12VDC, пада до 6 VDC през средната точка на разделителя. След като напрежението на щифт 3 се доближи до ref 6 VDC @ пин 2, opamp се люлее в съответствие с неговата конфигурация (инвертиран или неинвертиран)

Може би там, където бъркам, е тук - в други схеми, които разгледах, се приема, че напрежението на релсата е твърдо, но в този случай ще падне. Този спад (14VDC до 11VDC) нарушава делителя на напрежението 10K съотношение?

И използвате ли това съотношение за препратка към 4.7 ценера? така че ако имате 10K пот в средната му позиция от 5 k, този делител ще настрои 14VDC на 7 VDC (R2 / R1 + R2), ако 14-те релси отидат на 11 VDC, средната позиция на разделителя вече е 5,5, така че зависи къде е чистачката, започвам ли да я получавам?

Просто настройваме чистачката, докато 4.7 е в съотношение към делителя на напрежението и падането на релсата, което искаме?

така че тази схема използва редовни принципи за сравнение на OPAMP, но с добавения ефект на истериката за контрола на зададената точка за ниско напрежение?

Моят отговор

Да, правилно разбирате.

Ценерът 12V също би работил, но това би довело до превключване на opamp между 12V и 12.2V, системата за обратна връзка позволява на opamp да превключва между 11V и 14.V, това е основното предимство на използването на резистор за хистерезис с обратна връзка.

По същия начин в моя случай, ако резисторът за обратна връзка бъде премахнат, opamp ще започне да колебае често между нивото на изключване 14.4V и нивото на връщане 14.2V. тъй като според настройката на предварително зададената 10K операционният усилвател ще бъде прекъснат при 14.4V и веднага щом напрежението на батерията спадне с няколко миливолта, операционният усилвател отново ще се изключи и това ще продължи непрекъснато, причинявайки постоянно ВКЛ. / ИЗКЛ. превключване на релето.

Горната ситуация обаче би била добре, ако не се използва реле, а транзистор.

Въпрос

Обикновено това, което виждам в сравнителните устройства, е фиксирано напрежение, като имате @ пин 2, обикновено през делител на напрежение или ценер и т.н., а след това на пин 3 променливо напрежение от източник - пот - земна конфигурация с чистачка (пот) в средата и чистачката ще намери зададената точка на щифт 2.

Във вашия случай 4,7 фиксирано ценерово напрежение и завъртете opamp приблизително към релсите му, според неговата конфигурация, където объркващото е, че чистачката 10K във вашата верига е настроена на 14,4 волта? Тогава това трябва да препъне 4.7 ценера? Не разбирам мача?

Как да настроите праговите точки за изключване

Моят отговор

първо настройваме горния праг, отрязан през гърнето, като захранваме 14.4V от променливо захранване с изключен резистор за обратна връзка.

след като горното е настроено, ние свързваме правилно избрания хистерезисен резистор в слота и след това започваме да намаляваме напрежението, докато открием, че opamp се изключва при желаната долна да кажем 11V.

това създава перфектно веригата.

СЕГА, преди да потвърдим това на практика, ние се уверяваме, че батерията е първо свързана и след това захранването е включено.

това е важно, за да може захранването да се изтегли надолу от нивото на батерията и да започне с ниво, което е точно равно на нивото на разреждане на батерията.

това е всичко, след това всичко е плавно плаване с opamp следвайки отрязания модел, зададен от потребителя.

друго важно нещо е, че токът на захранване трябва да бъде около 1/10 от AH на батерията, така че захранването да може лесно да бъде изтеглено от нивото на батерията първоначално.

Въпрос

Да, обмислях го и без хистерезиса нямаше да работи. Ако сложа 7 ценера на пин 2, настроя Vin @ pin 3 през делител на напрежение 5k да бъде 7 волта и разредена батерия на веригата, веднага щом батерията се зареди до 14 волта, релето ще падне и издърпайте товара, но товарът веднага ще изпусне 7-те в пота, така че релето ще отпадне. Без хистерезиса вече виждам защо не бих работил, благодаря

Моят отговор

Дори без товар батерията никога няма да се придържа към границата от 14.4V и незабавно ще се опита да се уталожи до около 12.9V или 13V.

Когато opamp o / p се завърти към (+), той става толкова добър, колкото захранващата релса, което означава, че резисторът за обратна връзка се свързва с захранващата релса, което освен това означава, че щифт # 3 е подложен на отделно паралелно напрежение в допълнение към задава предварително съпротивление на горната секция, което е свързано с захранващата шина.

Това добавено напрежение от обратната връзка кара пина # 3 да се повиши от 4.7V, за да каже 5V ... това променя изчислението за pin3 / 2 и принуждава OPAMP да остане фиксиран, докато 5V не падне под 4.7V, което се случва само когато напрежението на батерията спадне до 11V .... без това операционният усилвател би се превключвал непрекъснато между 14.4V и 14.2V

Какво е пълното зареждащо напрежение и хистерезис

Следващата дискусия ни разказва за това какво е пълното напрежение на заряда за оловните батерии и значението на хистерезиса в системите за зареждане на батерии. Въпросите бяха зададени от г-н Гириш

Обсъждане на параметрите за зареждане на батерията
Имам няколко въпроса, които ме карат да се почеша по главата:
1) Какво е пълното напрежение на батерията за стандартна оловно-киселинна батерия, при какво напрежение батерията трябва да бъде изключена от зарядното устройство. Какво трябва да бъде напрежението на плаващия заряд за оловно-киселинна батерия.
2) Има ли резистор за хистерезис решаващо значение в схемата за сравнение? без него ще работи ли правилно? Потърсих в Google и намерих много объркващи отговори. Надявам се да можете да отговорите. Проектите са в ход.
За разбирането.

Прекъсване на пълното зареждане и хистерезис
Здравей, Girish,
1) За 12V оловно-киселинна батерия пълното зареждане от захранването е 14,3V (ограничение на изключване), плаващото зареждане може да бъде най-ниското ниво на ток при това напрежение, което предотвратява саморазреждането на батерията и също така предотвратява батерията от презареждане.

Като правило този ток може да бъде около Ah / 70, което е 50 до 100 пъти по-малко от AH рейтинга на батерията.
Хистерезисът се изисква в opamps, за да им се предотврати да произвеждат колебания на изхода (ON / OFF) в отговор на колебания вход, който се наблюдава от opamp.

Например, ако OPAMP без функция за хистерезис е конфигуриран да следи ситуацията на презареждане в системата за зареждане на батерията, тогава при пълно ниво на зареждане, веднага щом прекъсне захранването на батерията, батерията ще покаже тенденцията да отпадне напрежение и се опитайте да се установите до някакво по-ниско напрежение.

Можете да го сравните с изпомпването на въздух вътре в тръбата, стига да има налягане на изпомпване, въздухът вътре в тръбата задържа, но веднага щом изпомпването бъде спряно, тръбата започва бавно да се изпуска ... същото се случва и с батерията.

Когато това се случи, референтният вход на opamp се връща и изходът му се подканва да включи зареждането отново, което отново изтласква напрежението на батерията към по-високия праг на изключване и цикълът продължава да се повтаря ....... това действие създава бързо превключване на изхода на opamp при пълния праг на зареждане. Това условие обикновено не се препоръчва в никоя сравнителна система, контролирана от opamp, и това може да доведе до ретранслатиране на релета.

За да предотвратим това, добавяме хистерезисен резистор през изходния щифт и чувствителния щифт на операционния усилвател, така че при ограничението на границата операционният усилвател да изключи изхода си и да се заключи в това положение, освен ако и докато входът на сензорното подаване наистина е спаднал до опасна долна граница (при което хистерезисът на оампа не е в състояние да задържи резето), след това операционният усилвател се включва отново.

Ако имате повече съмнения относно напрежението на пълното зареждане на оловните батерии и значението на хистерезиса в системите за зареждане на батерии, не се колебайте да ги изведете чрез коментари.




Предишна: Еднофазна схема на контролер за реактивна помпа Напред: Как да направим схема на тестер за влажност на почвата с единичен IC 741