Bir opamp karşılaştırıcısının schmitt-tetikleme modunda çalışmasını nasıl sağlayabilirim?

Küçük bir 12V kasa fanını kontrol etmek istiyorum. I R değerlerini belirleyecektir ₁ , R ₂ ve R ' ₃ , böylece fan sıcaklıkları 40 üzerinde çalışacak ^O C

Bu tür sistemlerde, karşılaştırıcı çıktısının yüksek ve düşük arasında hızla değişeceği kararsız bir bölge olacağını anlıyorum. Bu pratik durumda, sıcaklık 40 ^o C civarında olduğunda, kararsız bir davranış olacaktır.

Bu devrenin schmitt tetikleme modunda çalışmasını sağlamanın herhangi bir yolu var mı (örneğin; 38 ^o C'nin altında durmak , 42 ^o C'nin üstünde başlamak ve önceki durumu 38 ^o C ve 42 ^o C arasında tutmak ) ve mümkün olduğunca az değiştirmek ve herhangi bir schmitt tetikleyici mantık geçidi kullanmadan.

Bir Schmitt-tetikleyici oluşturmak için, opamp çıkışından evirmeyen girişe kadar olumlu geri bildirim sağlamanız gerekir. Genellikle bu giriş eşik voltajı olacaktır ve opamp çıkışına bağlı olarak iki değerden (bu histerezis) birini alacaktır.

Sizin durumunuzda evirmeyen girişte sinyal var. Ayrıca bu şekilde çalışmasını sağlayabilirsiniz, ancak her iki girişi de değiştirmenizi öneririm ve ayrıca R1 ve PTC'nin aynı davranışa sahip olduğunu değiştirirsiniz: daha yüksek bir PTC direnci, evirici girişi azaltacaktır ve eşik değere ulaştığında fan açık. Öyleyse bunu yapalım ve çıktıdan R2 / R3 düğümüne bir R5 ekleyelim.

° C'deki histereziden bahsediyorsunuz, ancak voltajlara ihtiyacımız var. Bir teorik hesaplama yapalım.$V_H$ ve $V_L$eşik olarak ve bir raydan raya çıkış opampı olduğunu varsayalım. Sonra iki durumumuz var: yüksek ve düşük eşik ve üç değişken: R2, R3 ve eklenen R5. Böylece dirençlerden birini seçebiliriz, R2'yi düzeltelim.

Şimdi, R2 / R3 / R5 düğümü için KCL (Kirchhoff'un Geçerli Yasası) uygulanıyor:

$\dfrac{12 V - V_L}{R3} + \dfrac{0 V - V_L}{R5} = \dfrac{V_L}{R2}$

ve

$\dfrac{12 V - V_H}{R3} + \dfrac{12 V - V_H}{R5} = \dfrac{V_H}{R2}$

Bu, iki değişkente bir doğrusal denklemler kümesidir: R3 ve R5, gerçek voltajları doldurabilirseniz çözülmesi kolaydır $V_H$ ve $V_L$ ve serbestçe seçilmiş bir R2.

Tartışma uğruna, 38 ° C'de evirici girişte 6 V ve 42 ° C'de 5 V olduğunu varsayalım.$\Omega$R2 değeri. Sonra yukarıdaki denklemler

$\begin{cases} \dfrac{12 V - 5 V}{R3} + \dfrac{0 V - 5 V}{R5} = \dfrac{5 V}{10 k\Omega} \\ \\ \\ \dfrac{12 V - 6 V}{R3} + \dfrac{12 V - 6 V}{R5} = \dfrac{6 V}{10 k\Omega} \end{cases}$

veya

$\begin{cases} \dfrac{7 V}{R3} - \dfrac{5 V}{R5} = \dfrac{5 V}{10 k\Omega} \\ \\ \\ \dfrac{6 V}{R3} + \dfrac{6 V}{R5} = \dfrac{6 V}{10 k\Omega} \end{cases}$

sonra bazı değiştirme ve karıştırma sonra

$\begin{cases} R3 = 12 k\Omega \\ R5 = 60 k\Omega \end{cases}$

Zaten daha az yaygın olduğunu söyledim, ancak mevcut şemayı da kullanabilirsiniz ve hesaplamalar benzer. Yine, çıkış ve evirmeyen giriş arasına bir R5 geri besleme direnci ekleyin. Şimdi referans girişi R2 / R3 oranı ile sabitlenir ve histerezis ölçülen voltajınızı yukarı ve aşağı kaydırır, ki en azından benim için biraz alışmak gerekir.

R2 ve R3'ü eşit yaparak referans voltajı 6 V'a sabitlediğimizi varsayalım. Yine PTC / R1 / R5 düğümündeki akımları hesaplıyoruz, burada PTC$_L$ ve PTC$_H$38 ° C ve 42 ° C'deki PTC değerleridir ve R1 ve R5 bizim bilinmeyenlerimizdir. Sonra

$\begin{cases} \dfrac{6 V}{PTC_H} = \dfrac{12 V - 6 V}{R1} + \dfrac{0 V - 6 V}{R5} \\ \\ \\ \dfrac{6 V}{PTC_L} = \dfrac{12 V - 6 V}{R1} + \dfrac{12 V - 6 V}{R5} \end{cases}$

Yine, R1 ve R5 için çözün.

Opamp'e histerezis eklemek için birkaç pozitif geri besleme direnci eklemelisiniz.

Görüntünün kaynağı

Bu, en genel denklemdir. $V_{in}$ Kirchhoff'un Mevcut Yasası'ndan gelen düğüm:

$\dfrac{V_{in} - V_{dd}}{R_1} + \dfrac{V_{in} - V_{ss}}{R_2} + \dfrac{V_{in} - V_{out}}{R_f} = 0$

Opamp özelliklerinden şunu biliyoruz:

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

Böylece bu iki durum için iki ayrı denklem yazabiliriz.

$\dfrac{V_{IL} - V_{dd}}{R_1} + \dfrac{V_{IL} - V_{ss}}{R_2} + \dfrac{V_{IL} - V_{OL}}{R_f} = 0 \\ \dfrac{V_{IL}}{R_1 // R_2 // R_f} = \dfrac{V_{dd}}{R_1} + \dfrac{V_{ss}}{R_2} + \dfrac{V_{OL}}{R_f} \\ V_{IL} = (R_1 // R_2 // R_f) \left[ \dfrac{V_{dd}}{R_1} + \dfrac{V_{ss}}{R_2} + \dfrac{V_{OL}}{R_f} \right] \\ V_{IH} = (R_1 // R_2 // R_f) \left[ \dfrac{V_{dd}}{R_1} + \dfrac{V_{ss}}{R_2} + \dfrac{V_{OH}}{R_f} \right] \\ $

Misal:

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

% 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;

Daha önce yorumlandığı gibi, geri bildirim kullanmak Op-Amper kullanarak histerezis elde etmenin anahtarıdır.

Albert Lee'nin bu makalesi pratik bir şekilde nasıl yapılacağını ve matematikte sistemde istenen histerezis seviyelerini nasıl hesaplayacağını göstermektedir.