Opamp histereza - proračuni i razmatranja dizajna

Isprobajte Naš Instrument Za Uklanjanje Problema





U većini krugova automatskog punjača baterija na ovom blogu možda ste vidjeli opamp s uključenom značajkom histereze za neke ključne funkcije. Sljedeći članak objašnjava značaj i tehnike dizajna za funkciju histereze u opamp krugovima.

Da biste točno saznali što je histereza, možete se obratiti ovom članku koji objašnjava histerezu na primjeru releja



Načelo djelovanja

Slika 2 prikazuje konvencionalni dizajn komparatora bez korištenja histereze. Ovaj raspored funkcionira pomoću razdjelnika napona (Rx i Ry) za utvrđivanje minimalnog praga napona.

komparator bez histereze

Usporednik bi procijenio i usporedio ulazni signal ili napon (Vln) s postavljenim pragom napona (Vth).



Ulazni napon napona komparatora koji se uspoređuje povezan je s invertirajućim ulazom, što će rezultirati izlazom koji ima obrnuti polaritet.

Svaki put kada je Vin> Vth izlaz bi se trebao približiti negativnoj opskrbi (GND ili logička niska vrijednost za prikazani dijagram). a kad je Vln

Ovo jednostavno rješenje omogućuje vam da odlučite je li izvorni signal, na primjer temperatura iznad određene zadane granične granice.

Unatoč tome, korištenje ove tehnike može imati poteškoće. Smetnje na ulaznom naponu signala mogu potencijalno uzrokovati promjene ulaza iznad i ispod postavljenog praga pokrećući nedosljedne ili fluktuirajuće izlazne rezultate.

Usporednik bez histereze

Slika 3 prikazuje izlazni odziv komparatora bez histereze s fluktuirajućim uzorkom ulaznog napona.

izlazni odziv komparatora bez histereze s fluktuirajućim uzorkom ulaznog napona

Dok napon ulaznog signala doseže zadanu granicu (mrežom djelitelja napona) (Vth = 2,5 V), on nekoliko puta podešava gornji i najmanji prag.

Kao rezultat, i izlaz fluktuira u skladu s ulazom. U stvarnim krugovima ovaj nestabilni izlaz može lako uzrokovati nepovoljne probleme.

Kao ilustraciju, zamislite da je ulazni signal parametar temperature, a izlazni odziv presudna aplikacija temeljena na temperaturi, što mikrokontroler tumači.

Kolebljivi odziv izlaznog signala možda neće pridonijeti vjernim informacijama mikrokontroleru i mogao bi proizvesti 'zbunjujuće' rezultate za mikrokontrolera na ključnim razinama praga.

Uz to, zamislimo da je izlaz snage usporedbe potreban za rad motora ili ventila. Ovo nedosljedno prebacivanje tijekom ograničenja praga moglo bi prisiliti ventile ili motore da se UKLJUČUJU / ISKLJUČUJU puno puta tijekom kritičnih situacija praga.

No, „cool“ rješenje kroz skromnu izmjenu kruga usporedbe omogućuje vam uključivanje histereze koja zauzvrat u potpunosti eliminira tremu pri promjeni praga.

Histereza iskorištava nekoliko različitih graničnih napona graničnih vrijednosti kako bi se izbjegla fluktuirajućih prijelaza kao što se vidi u raspravljenom krugu.

Ulaz ulaznog signala mora prijeći gornji prag (VH) da bi se generirao prelazak s niskog izlaza ili ispod donjeg postavljenog ograničenja praga (VL) da bi se prebacio na visoki izlaz.

Usporednik s histerezom

Slika 4 prikazuje histerezu na usporedbi. Otpor Rh se blokira na razini praga histereze.

komparator s histerezom koji omogućuje podešavanje dva praga

Svaki put kad je izlaz na logičkoj visini (5V), Rh ostaje paralelno s Rx. To gura dodatnu struju u Ry, podižući granični napon praga (VH) na 2,7V. Ulazni signal vjerojatno će trebati prijeći VH = 2,7 V da bi se izlazni odgovor potaknuo na logički najniži nivo (0 V).

Iako je izlaz na logički niskoj razini (0V), Rh je postavljen paralelno s Ry. To smanjuje struju u Ry, spuštajući prag napona na 2,3V. Ulazni signal će se htjeti spustiti ispod VL = 2,3 V kako bi podmirio izlaz na logičku visinu (5 V).

Usporedni izlaz s fluktuirajućim ulazom

Slika 5 označava izlaz komparatora s histerezom s fluktuirajućim ulaznim naponom. Razina ulaznog signala trebala bi se pomaknuti preko gornje granične granice (VH = 2,7 V) da bi izlaz opampa skliznuo na logičku nisku vrijednost (0 V).

izlazni odziv komparatora s histerezom s fluktuirajućim ulaznim naponom

Također, razina ulaznog signala mora se pomicati ispod donjeg praga da bi se izlaz opampa glatko popeo na visoku logičku vrijednost (5V).

Poremećaj u ovom primjeru može biti zanemariv i stoga se može zanemariti zahvaljujući histerezi.

No, rekavši to, u slučajevima kada su razine ulaznog signala bile iznad izračunatog raspona histereze (2,7 V - 2,3 V), moglo bi se postići generiranje dodatnih fluktuirajućih izlaznih prijelaznih odgovora.

Da bi se to otklonilo, potrebno je proširiti postavku raspona histereze dovoljno da se odbaci inducirani poremećaj u danom specifičnom modelu sklopa.

Odjeljak 2.1 nudi vam rješenje za određivanje komponenata za fiksiranje pragova u skladu s odabranim zahtjevima primjene.

Dizajn usporednika za histerezu

Jednadžbe (1) i (2) mogu biti od pomoći pri odlučivanju o otpornicima kojima se želi stvoriti prag histereze napona VH i VL. Potrebno je proizvoljno odabrati jednu vrijednost (RX).

Unutar ove ilustracije, RX je utvrđen na 100 k da pomogne u smanjenju trenutnog povlačenja. Rh je izračunat na 575k, u skladu s tim primijenjena je neposredna standardna vrijednost 576k. Potvrda za jednadžbe (1) i (2) predstavljena je u Dodatku A.

Rh / Rx = VL / VH - VL

Dizajn usporednika za histerezu

Raspravljanje o histerezi s praktičnim primjerom

Uzimamo primjer kruga punjača za baterije IC 741 i saznajemo kako povratni histerezni otpornik omogućuje korisniku da određuje potpuno odsječeno punjenje i obnavljanje niskog naboja releja odvojeno nekom razlikom napona. Ako histereza nije uvedena, relej bi se brzo UKLJUČIO ISKLJUČEN na razini odsjeka što bi uzrokovalo ozbiljne probleme sa sustavom.

Pitanje je postavio jedan od predanih čitatelja ovog bloga, gospodin Mike.

Zašto se koristi referentni Zener

Pitanje:

1) Bok, ovaj sklop je vrlo genijalan!

Ali imam nekoliko pitanja o usporednim opampovima

Zašto se za referentni napon koriste 4,7 zenera? Ako ne želimo da 12 volti padne ispod 11 za pražnjenje, zašto tako niska cijena zenera?

Ide li povratni otpor prema virtualnoj točki uzemljenja 100K otpornik? Ako da, zašto je odabrana ova vrijednost?

Hvala na bilo kakvoj pomoći!

2) Također, ispričavam se, zaboravio sam zašto je na bazama BC 547 tranzistora 4,7 zenera?

3) Ujedno i moje posljednje pitanje za danas za ovaj sklop. Crveno / zelene indikacijske LED diode kako svijetle? Mislim, crvena LED dioda je preko svog otpornika spojena na gornju + tračnicu, spaja se na izlaz OPAMP-a, a zatim se serijski spušta prema zelenoj LED diodi.

Čini se da bi istovremeno trebali biti uključeni u obje sklopove, budući da su u nizu.

Ima li to neke veze s krugom povratnih informacija i virtualnim tlom? Oh, mislim da mogu vidjeti. Dakle, kada je OPAMP isključen, gornja crvena LED

Struja prolazi kroz povratni otpor (dakle 'uključen') do virtualne točke uzemljenja? Ali kako se isključuje kad OPAMP ima izlaz? Kad OP AMP dobije izlaz, vidim da se to spušta na zelenu LED, ali kako se, u tom stanju, crvena LED tada isključuje?

Hvala još jednom na bilo kakvoj pomoći!

Moj odgovor

4.7 nije fiksna vrijednost, također se može promijeniti u druge vrijednosti, unaprijed postavljeni pin # 3 u konačnici prilagođava i kalibrira prag prema odabranoj cijenovnoj vrijednosti.

Pitanje

Znači, referentni napon je da li je zener na pinu 2 (pogled odozgo opamp) točan? 100K povratni otpor i lonac stvaraju vrijednost histereze (što znači, razlika između pina 2 i 3 da bi se opamp zamahnuo do + napona tračnice)?

Opamp u ovoj konfiguraciji uvijek pokušava postići da pinovi 2 i 3 dobivaju istu vrijednost putem svog povratnog otpora, točno (nula, budući da je djelitelj povratnih informacija @ 0, a pin 3 @ uzemljenje)?

Vidio sam kako ovaj solarni regulator punjača radi bez povratne sprege, samo koristeći nekoliko opampa s referentnim naponskim pinovima i loncem na drugom.

Samo pokušavam shvatiti kako histereza djeluje u ovom slučaju, ne razumijem matematiku u ovom krugu. Je li 100k 10k unaprijed postavljenih povratnih informacija prijeko potrebno?

U ostalim opampskim krugovima ne koriste povratne informacije, već ih koriste u konfiguracijskom načinu usporedbe s ref naponom na invertnom / non invert pinu, a kada je jedan premašen, opamp se prebaci na svoj napon na šini

Što povratna informacija radi? Razumijem formulu pojačanja opampa, je li u ovom slučaju to 100k / 10k x razlika napona vrijednosti POT napona (unaprijed postavljene) i 4,7 zenera?

Ili je ovo Schmidtov tip okidača za histerezu UTP LTP sklop

Još uvijek ne dobivam povratne informacije sa 100k / 10k većine komparatora za opamp. Vidio sam kako samo koriste opamp u zasićenju, možete li objasniti zašto povratne informacije i dobitak za to?

Ok, prevario sam se da se 10K unaprijed koristi za dijeljenje napona od 12voltne tračnice, zar ne? Dakle, kada je njegova unaprijed zadana vrijednost prema brisaču POT veća? nego zener od 4,7 V, visoko okrećemo opamp? još uvijek ne dobivaju povratne informacije od 100.000 i zašto se koriste u krugu usporedbe

kako se provodi histereza u opampu

Zašto se koristi povratni otpornik

Moj odgovor

Pogledajte gornju sliku na primjeru kako biste razumjeli kako povratni otpor radi u opampovom krugu

Siguran sam da znate kako djeluju razdjelnici napona? Čim puna

detektira se prag punjenja, prema podešavanju pin-a 3, unaprijed postavljeni napon na pin-u 3 postaje samo veći od zener-napona pin 2, što prisiljava izlaz opampa da se okrene na opskrbnu razinu sa svojih prethodnih nula volta .... što znači da se trenutno mijenja od recimo 0 do 14V.

U ovoj situaciji sada možemo pretpostaviti da je povratna sprega povezana između 'pozitivne opskrbe' i pina # 3 ... kad se to dogodi, povratni otpor počne napajati ovih 14V na pin # 3, što znači da dodatno pojačava unaprijed zadani napon i dodaje neki dodatni volti, ovisno o vrijednosti otpora, tehnički to znači da ove povratne informacije postaju paralelne s unaprijed postavljenim otpornikom koji je postavljen između njegovog središnjeg kraka i pozitivnog kraka.

Dakle, pretpostavimo da je tijekom prijelaza pin 3 bio 4,8 V, a to je prebacilo izlaz na razinu napajanja i omogućilo da se napajanje vrati na pin broj 3 kroz povratni otpor, što je dovelo do toga da je pin 3 veći, recimo na 5V .... zbog ovog pin-a 3 napon će trebati više vremena da se vrati ispod 4,7 V nivoa zenera jer je povišen na 5 V ... to se naziva histereza.

Obje LED diode nikada neće svijetliti, jer je njihov spoj povezan s pinom 6 opampa koji će raditi na 0V ili na napajanju, što će osigurati da crvena LED lampica svijetli ili zelena, ali nikada zajedno.

Što je histereza

Pitanje

Hvala vam što ste odgovorili na sva moja pitanja, posebno na ona o povratnim informacijama, koja se čini pomalo naprednom konfiguracijom, pa bi nova za mene radila i ova opcija niskonaponskog kruga zadane vrijednosti, 14 volti na neinvertnom, 12 volt zener na invertnom referentna iglica.

Jednom kad se 14 VDC šina spustila na 12, izlaz opampa se uključuje. To bi aktiviralo niskonaponski dio kruga. U vašem slučaju, lonac od 10 kb samo se 'prilagođava', 'dijeli' ili dovodi 14voltnu šinu na napon bliži 4.7zeneru? Još uvijek kontrolirate 14 VDC.

Mislim, kad prijeđe na 11 VDC itd., Želite omjer koji će zamahnuti opamp visoko. ako ste 4.7 zamijenili drugom cjenovnom vrijednošću, razdjelnik lonca postavio bi novi omjer, ali lonac i dalje 'slijedi' ili je u omjeru sa šinom 14 VDC? Umjesto da stavite 14VDC na jedan opamp pin, vi ga ispuštate kroz razdjelnik, ali omjer i dalje kontrolira mali pad sa recimo 14VDC na 11 VDC kroz 10K lonac, koji će pasti na 4,7V?

Samo pokušavam shvatiti kako krug zatvara 'širenje' od 11VDC (gdje želimo da bude zadana vrijednost niskog napona) i referentni napon od 4,7 vdc. većina krugova za usporedbu koje sam vidio upravo ima ref vdc na pinu 2, na primjer 6 VDC. i napon tračnice od recimo 12 VDC. Tada lonac postavlja razdjelnik od one tračnice od 12 VDC, pada na 6 VDC kroz srednju točku razdjelnika. Jednom kada se napon na pinu 3 približi ref 6 VDC @ pinu 2, opamp se mijenja prema svojoj konfiguraciji (invertni ili neinvertni)

Možda je ovo mjesto gdje ja zabrljam - u drugim krugovima koje sam pogledao, pretpostavlja se da je napon tračnice krut, ali u ovom će slučaju pasti. Taj pad (14 VDC na 11 VDC) poremeti 10K djelitelj napona omjer?

I da li koristite taj omjer za referencu 4,7 zenera? pa ako imate lonac od 10K u srednjem položaju od 5 k, taj bi razdjelnik postavio 14VDC na 7 VDC (R2 / R1 + R2) ako 14 šina pređe na 11 VDC, srednji položaj razdjelnika sada je 5,5, tako da je ovisi o tome gdje je brisač, počinjem li ga dobivati?

Samo prilagođavamo brisač sve dok 4,7 ne bude u omjeru s razdjelnikom napona i padom tračnice koji želimo?

tako da ovaj krug koristi redovite principe usporedbe opampa, ali s dodatnim utjecajem histereze za regulaciju zadane vrijednosti niskog napona?

Moj odgovor

Da, dobro ste shvatili.

Zener od 12 V također bi radio, ali to bi dovelo do toga da se opamp prebacuje između 12 V i 12,2 V, sustav povratne sprege omogućava opampu da se prebacuje između 11 V i 14 V, to je glavna prednost upotrebe povratnog otpornika za histerezu.

Slično u mom slučaju, ako bi se uklonio povratni otpor, opamp bi počeo često oscilirati između razine granične vrijednosti 14,4 V i razine okretanja 14,2 V. jer bi se prema postavci 10K unaprijed opamper odsjekao na 14,4V i čim bi napon baterije pao za nekoliko milivolti, opamp bi se ponovo ISKLJUČIO, a to bi nastavilo kontinuirano uzrokujući stalno UKLJUČIVANJE / ISKLJUČIVANJE prebacivanje releja.

Međutim, gornja situacija bila bi u redu da se nije koristio relej, nego tranzistor.

Pitanje

Obično ono što vidim u usporedbama je fiksni napon kakav imate @ pin 2, obično kroz razdjelnik napona ili cijener itd., A zatim na pin 3 promjenjivi napon od izvora - lonca - tla konfiguracije s brisačem (loncem) u sredini i brisač će pronaći postavljenu točku pin 2.

U vašem slučaju 4,7 fiksni napon zener i zakrenite opamp približno na njegove tračnice, prema njegovoj konfiguraciji gdje je zbunjujuće to što je 10K brisač u vašem krugu postavljen na 14,4 volta? Onda bi to trebalo preći 4.7 zenera? Ne razumijem utakmicu?

Kako postaviti granične točke odbijanja

Moj odgovor

prvo smo postavili gornji prag odsječen kroz lonac napajanjem 14,4 V iz promjenjivog napajanja s odspojenim povratnim otpornikom.

nakon što je gore postavljeno, u utor priključujemo ispravno odabrani otpornik za histerezu, a zatim započinjemo s smanjivanjem napona dok ne nađemo da se opamp isključi na željenom donjem, recimo 11V.

ovo savršeno postavlja sklop.

SADA, prije nego što to potvrdimo, praktično provjeravamo je li baterija prvo spojena, a zatim uključena.

ovo je važno kako bi se napajanje moglo povući prema dolje na razini baterije i započeti s razinom koja je točno jednaka razini pražnjenja baterije.

to je sve, nakon ovoga sve se odvija glatko s opampom slijedeći odrezani obrazac kako ga je postavio korisnik.

druga važna stvar je da struja napajanja mora biti oko 1/10 akumulatora akumulatora, tako da se izvor napajanja može lako povući prema početnoj razini baterije.

Pitanje

Da, dobro sam razmišljao i bez histereze to ne bi uspjelo. Ako na pin 2 postavim 7 zenera, Vin @ pin 3 postavim kroz razdjelnik napona od 5 k na 7 volti i ispražnjenu bateriju na krugu, čim bi se baterija napunila na 14 volti, relej bi upao i uvucite teret, ali teret bi odmah spustio 7 na loncu, pa bi relej ispao. Bez histereze, sad vidim zašto ne bih radio, hvala

Moj odgovor

Čak i bez opterećenja, baterija se nikada neće držati ograničenja od 14,4 V i trenutačno će se pokušati smiriti na oko 12,9 V ili 13 V.

Kad se opamp o / p okrene na (+), postaje jednako dobar kao i opskrbna tračnica, što podrazumijeva da se povratni otpor poveže s opskrbnom tračnicom, što dalje podrazumijeva da je pin # 3 podvrgnut zasebnom paralelnom naponu uz unaprijed postavlja otpor gornjeg dijela koji je povezan s dovodnom tračnicom.

Ovaj dodani napon povratne sprege dovodi do toga da pin # 3 poraste s 4,7 V na 5 V ... ovo mijenja izračun za pin 3/2 i prisiljava opamp da ostane zaskočen sve dok 5 V ne padne ispod 4,7 V, što se događa samo kad napon akumulatora padne na 11V .... bez toga bi se opamp kontinuirano prebacio između 14,4V i 14,2V

Što je napon punog punjenja i histereza

Sljedeća rasprava govori nam o tome koliki je napon punjenja olovnih baterija i značaj histereze u sustavima za punjenje baterija. Pitanja je postavljao gospodin Girish

Rasprava o parametrima punjenja akumulatora
Imam nekoliko pitanja zbog kojih se počešem po glavi:
1) Koliki je puni napon baterije za standardnu ​​olovno-kiselinsku bateriju, na kojem naponu baterija treba isključiti punjač. Koliki mora biti napon plovnog punjenja za olovnu bateriju.
2) Je li otpor histereze presudan u krugu usporedbe? bez toga hoće li raditi ispravno? Guglao sam i našao mnogo zbunjujućih odgovora. Nadam se da možete odgovoriti. Projekti su na putu.
Pozdrav.

Prekid punog punjenja i histereza
Bok Girish,
1) Za olovnu bateriju od 12 V puni napon iz napajanja iznosi 14,3 V (granična vrijednost), plutajući naboj može biti najmanja količina struje pri ovom naponu što sprječava samopražnjenje baterije, a također sprječava baterija od prekomjernog punjenja.

U pravilu bi ova struja mogla biti oko Ah / 70, što je 50 do 100 puta manje od AH ocjene baterije.
U opampovima je potrebna histereza kako bi se spriječilo da proizvode fluktuirajuće izlaze (UKLJ / ISKLJUČENO) kao odgovor na fluktuirajuće ulaze koje nadzire opamp.

Na primjer, ako je opamp bez značajke histereze konfiguriran za praćenje stanja prenapunjenosti u sustavu za punjenje akumulatora, tada će pri punoj razini punjenja čim se isključi punjenje baterije, baterija pokazivati ​​tendenciju pada napona i pokušajte se smjestiti u neki položaj nižeg napona.

Možete ga usporediti s crpljenjem zraka unutar cijevi, sve dok je pritisak pod crpkom, zrak u cijevi drži, ali čim se pumpanje zaustavi, cijev počinje polako ispuhivati ​​... isto se događa i s baterijom.

Kada se to dogodi, referenca ulaza opampa se vraća i na njegovom se izlazu traži da ponovno uključi punjenje, što opet gura napon akumulatora prema višem pragu odsijecanja, a ciklus se ponavlja ...... ova radnja stvara brzo prebacivanje izlaza opampa na puni prag punjenja. Ovo se stanje obično ne preporučuje u bilo kojem usporednom sustavu kojim upravlja opamp, a to može dovesti do relejnog čavrljanja.

Da bismo to spriječili, dodajemo otpornik za histerezu preko izlaznog pina i osjetnog pina opampa, tako da na granici graničnog prijenosa opamp isključi svoj izlaz i zaskoči se u tom položaju, osim ako i dok ulazni ulaz osjetnika ne bude uistinu pao na nesigurnu donju granicu (pri čemu histereza oampa ne može zadržati zasun), opamp se zatim ponovno UKLJUČUJE.

Ako imate više sumnji u vezi napona punog napunjenja olovnih baterija i značaja histereze u sustavima za punjenje baterija, nemojte se ustručavati iznijeti ih putem komentara.




Prethodno: Jednofazni krug kontrolera mlazne pumpe Dalje: Kako izraditi krug ispitivača vlage u tlu s jednim IC 741