Bagaimana cara membuat komparator opamp berfungsi dalam mode pemicu schmitt?

9

Kontrol kipas dengan opamp bermasalah

Saya ingin mengontrol kipas case 12V kecil. Saya akan mengatur nilai R 1 , R 2 dan R 3 sehingga kipas akan bekerja di atas suhu 40 o C.

Saya mengerti bahwa dalam sistem semacam ini, akan ada daerah bimbang di mana output komparator akan berubah dengan cepat antara tinggi dan rendah. Dalam kasus praktis ini, ketika suhu di sekitar 40 o C, akan ada perilaku yang tidak stabil.

Apakah ada cara untuk membuat sirkuit ini berfungsi dalam mode pemicu schmitt (misalnya; berhenti di bawah 38 o C, mulai di atas 42 o C, dan pertahankan status sebelumnya antara 38 o C dan 42 o C) dengan mengubahnya sesedikit mungkin, dan tanpa menggunakan gerbang logika pemicu schmitt.

hkBattousai
sumber
Permintaan Anda dipahami, TAPI Anda memiliki wilayah mati dari 40 hingga 42 :-). || Prinsip dasarnya adalah Kasus 1: untuk menambahkan "umpan balik positif" sehingga ketika output menjadi tinggi, input yang nampak menjadi lebih tinggi dan ketika input menjadi rendah, input yang nampak semakin rendah. ATAU Kasus 2: tambahkan umpan balik negatif ke referensi sehingga ketika output menjadi tinggi titik pemicu semakin rendah sehingga sistem harus dingin sebelum titik pemicu kembali tercapai. || Kasus 1: Resistor dari keluaran Opamp ke input non-inv. Atau Kasus 2: resistor dari saluran M1 ke input pembalik.
Russell McMahon
Perhatikan bahwa komparator op amp memiliki beberapa kelemahan dibandingkan dengan komparator
Scott Seidman

Jawaban:

11

Untuk membuat pemicu Schmitt Anda harus memberikan umpan balik positif, dari keluaran opamp ke input non-pembalik. Biasanya input ini akan menjadi tegangan ambang, dan akan mengambil salah satu dari dua nilai (itulah histeresis) tergantung pada keluaran opamp.

Dalam kasus Anda, Anda memiliki sinyal pada input non-pembalik. Anda juga dapat membuatnya bekerja dengan cara ini, tetapi saya akan menyarankan Anda mengganti kedua input, dan juga menukar R1 dan PTC masih memiliki perilaku yang sama: resistansi PTC yang lebih tinggi akan mengurangi input pembalik, dan ketika mencapai ambang batas kipas akan dinyalakan. Jadi mari kita lakukan itu, dan tambahkan R5 dari output ke simpul R2 / R3.

masukkan deskripsi gambar di sini

VHVL.

Sekarang, menerapkan KCL (Kirchhoff's Current Law) untuk simpul R2 / R3 / R5:

12V-VL.R3+0V-VL.R5=VL.R2

dan

12V-VHR3+12V-VHR5=VHR2

VHVL.

Ω

{12V-5VR3+0V-5VR5=5V10kΩ12V-6VR3+12V-6VR5=6V10kΩ

atau

{7VR3-5VR5=5V10kΩ6VR3+6VR5=6V10kΩ

kemudian setelah beberapa penggantian dan pengocokan kami temukan

{R3=12kΩR5=60kΩ


Saya sudah mengatakan itu kurang umum, tetapi Anda juga dapat menggunakan skema saat ini, dan perhitungannya sama. Sekali lagi, tambahkan resistor umpan balik R5 antara output dan input non-pembalik. Sekarang input referensi ditetapkan oleh rasio R2 / R3, dan histeresis akan menggeser tegangan terukur Anda naik dan turun, yang - setidaknya bagi saya - perlu dibiasakan.

masukkan deskripsi gambar di sini

L.H

{6VPTCH=12V-6VR1+0V-6VR56VPTCL.=12V-6VR1+12V-6VR5

Sekali lagi, selesaikan untuk R1 dan R5.

stevenvh
sumber
@Kortuk - Oh, sial! :-) Ya, Anda benar, saya akan menambahkannya. Hanya satu menit (atau 2, 3 ...)
stevenvh
@Kortuk - Di sana, selesai. Senang? :-)
stevenvh
masih agak pendek :) Anda mungkin memperhatikan saya sebenarnya tidak downvote.
Kortuk
1
@Kortuk - Ya, saya tahu Anda tidak akan melakukannya. Saya pikir saya sudah mengenal Anda dengan baik sekarang untuk mengetahui bahwa Anda pertama kali bertanya. ;-)
stevenvh
jawaban Anda cukup baik tanpa skema, saya hanya menganggapnya sebagai perbaikan kecil, jawaban Anda sudah mendapat dukungan dari saya.
Kortuk
2

Anda harus menambahkan beberapa resistor umpan balik positif untuk menambahkan histeresis ke opamp.

masukkan deskripsi gambar di sini

Sumber gambar

miceuz
sumber
1

masukkan deskripsi gambar di sini

Vsayan

Vsayan-VddR1+Vsayan-VssR2+Vsayan-VHaikamutRf=0

Dari karakteristik opamp, kita tahu bahwa:

Vin <= VIL ==> Vout = VOL (Low  State)
Vin >= VIH ==> Vout = VOH (High State)

Jadi kita dapat menulis dua persamaan terpisah untuk dua negara ini.

VsayaL.-VddR1+VsayaL.-VssR2+VsayaL.-VHAIL.Rf=0VsayaL.R1//R2//Rf=VddR1+VssR2+VHAIL.RfVsayaL.=(R1//R2//Rf)[VddR1+VssR2+VHAIL.Rf]VsayaH=(R1//R2//Rf)[VddR1+VssR2+VHAIHRf]

Contoh:

R1  = 100k
R2  = 100k
Vdd = +15V
Vss = -15V
VOH = +13V
VOL = -13V

masukkan deskripsi gambar di sini

% Matlab code for the plotting

R1              = 100000;
R2              = 100000;
Vdd             = +15;
Vss             = -15;
VOH             = +13;
VOL             = -13;

RMIN            = 10000;        % 10k
RMAX            = 10000000;     % 10M
VMIN            = -10.0;
VMAX            = +10.0;
POINTS          = (RMAX - RMIN) / 100;

Rf              = linspace(RMIN, RMAX, POINTS);
VIL             = zeros(1, POINTS);
VIH             = zeros(1, POINTS);

for i = 1 : 1 : POINTS
    VIL(i) = 1 / ((1/R1) + (1/R2) + (1/Rf(i))) * ((Vdd/R1) + (Vss/R2) + (VOL/Rf(i)));
    VIH(i) = 1 / ((1/R1) + (1/R2) + (1/Rf(i))) * ((Vdd/R1) + (Vss/R2) + (VOH/Rf(i)));
end;

close all;
hFig = figure;
hold on;
plot([0 10], [0 0], 'Color', [0.75 0.75 0.75]);
plot(Rf/1000000, VIL, 'Color', [0 0 1]);
plot(Rf/1000000, VIH, 'Color', [1 0 0]);
xlim([RMIN/1000000, RMAX/1000000]);
ylim([VMIN, VMAX]);
xlabel('R_f (M\Omega)');
ylabel('VIL & VIH (V)');
hold off;
hkBattousai
sumber
1

Seperti yang dikomentari sebelumnya, menggunakan umpan balik adalah kunci untuk arsip histeresis menggunakan Op-Amps.

Artikel dari Albert Lee ini menunjukkan secara praktis cara melakukannya dan bagaimana matematika menghitung tingkat histeresis yang diinginkan pada sistem.

RHaguiuda
sumber