Nella maggior parte dei circuiti di carica batteria automatici in questo blog potresti aver visto un opamp con una funzione di isteresi inclusa per alcune funzioni cruciali. Il seguente articolo spiega il significato e le tecniche di progettazione per la funzione di isteresi nei circuiti operazionali.
Per sapere esattamente cos'è un'isteresi puoi fare riferimento a questo articolo che spiega l'isteresi attraverso un esempio di un relè
Principio di funzionamento
La Figura 2 mostra un design convenzionale per un comparatore senza utilizzare l'isteresi. Questa disposizione funziona utilizzando un partitore di tensione (Rx e Ry) per stabilire la tensione di soglia minima.
Il comparatore valuta e confronta il segnale di ingresso o la tensione (Vln) con la tensione di soglia impostata (Vth).
La tensione di alimentazione dell'ingresso del comparatore da confrontare è collegata all'ingresso invertente, di conseguenza l'uscita avrà una polarità invertita.
Ogni volta che Vin> Vth si suppone che l'uscita si avvicini all'alimentazione negativa (GND o logica bassa per il diagramma mostrato). e quando Vln Questa semplice soluzione consente di decidere se un segnale autentico, ad esempio la temperatura, è al di sopra di un determinato limite di soglia decisivo. Anche così, l'utilizzo di questa tecnica può presentare una situazione difficile. L'interferenza sul segnale di alimentazione in ingresso potrebbe potenzialmente causare la commutazione dell'ingresso al di sopra e al di sotto della soglia impostata, generando risultati di uscita incoerenti o fluttuanti. La Figura 3 illustra la risposta in uscita di un comparatore senza isteresi con uno schema di tensione di ingresso fluttuante. Mentre la tensione del segnale di ingresso raggiunge il limite impostato (dalla rete del partitore di tensione) (Vth = 2.5V), si regola sopra e sotto la soglia minima in un certo numero di casi. Di conseguenza, anche l'uscita fluttua in base all'ingresso. Nei circuiti reali, questa uscita instabile può facilmente causare problemi sfavorevoli. A titolo illustrativo, si consideri il segnale di ingresso come un parametro di temperatura e la risposta di uscita come un'applicazione cruciale basata sulla temperatura, che sembra essere interpretata da un microcontrollore. La risposta fluttuante del segnale di uscita potrebbe non fornire informazioni fedeli al microcontrollore e potrebbe produrre risultati 'confusi' per il microcontrollore ai livelli di soglia cruciali. Inoltre, si immagini che l'uscita del comparatore sia necessaria per azionare un motore o una valvola. Questa commutazione incoerente durante i limiti di soglia potrebbe costringere la valvola o il motore a essere accesi / spenti molte volte nel corso delle situazioni di soglia cruciali. Ma una soluzione 'fredda' attraverso una modesta alterazione del circuito del comparatore consente di includere l'isteresi che a sua volta elimina completamente l'uscita jitter durante i cambi di soglia. L'isteresi sfrutta un paio di limiti di tensione di soglia distinti per rimanere alla larga dalle transizioni fluttuanti come si vede nel circuito discusso. L'alimentazione del segnale di ingresso deve superare la soglia superiore (VH) per generare una commutazione di un'uscita bassa o al di sotto del limite di soglia inferiore impostato (VL) per passare a un'uscita alta. La figura 4 indica l'isteresi su un comparatore. La resistenza Rh si blocca sul livello di soglia di isteresi. Ogni volta che l'uscita è a un livello logico alto (5V), Rh rimane in parallelo con Rx. Questo spinge corrente extra in Ry, elevando la tensione limite di soglia (VH) a 2,7V. Il segnale di ingresso dovrà probabilmente superare VH = 2,7 V per richiedere alla risposta dell'uscita di passare a un livello logico basso (0 V). Mentre l'uscita è a livello logico basso (0V), Rh è impostato in parallelo con Ry. Questo riduce la corrente in Ry, abbassando la tensione di soglia a 2,3 V. Il segnale di ingresso vorrà andare al di sotto di VL = 2,3 V per regolare l'uscita su un livello logico alto (5 V). La figura 5 indica l'uscita di un comparatore con isteresi con una tensione di ingresso fluttuante. Si suppone che il livello del segnale di ingresso si sposti oltre il limite di soglia più alto (VH = 2,7 V) affinché l'uscita dell'amplificatore operazionale scivoli verso il basso logico (0 V). Inoltre, il livello del segnale di ingresso deve spostarsi sotto la soglia inferiore affinché l'uscita dell'amplificatore operazionale salga dolcemente verso l'alto logico (5 V). Il disturbo in questo esempio può essere trascurabile e quindi può essere ignorato, grazie all'isteresi. Ma detto questo, nei casi in cui i livelli del segnale di ingresso fossero al di sopra dell'intervallo calcolato di isteresi (2,7 V - 2,3 V) potrebbe comportare la generazione di risposte di transizione di uscita fluttuanti supplementari. Per rimediare a ciò, è necessario che l'impostazione dell'intervallo di isteresi sia sufficientemente estesa per eliminare il disturbo indotto nel modello di circuito specifico dato. La sezione 2.1 fornisce una soluzione per determinare i componenti per fissare le soglie in base alle richieste dell'applicazione selezionata. Le equazioni (1) e (2) possono essere di aiuto per decidere quali resistenze si desidera creare le tensioni di soglia di isteresi VH e VL. Un singolo valore (RX) deve essere scelto arbitrariamente. All'interno di questa illustrazione, RX è stato determinato a 100k per aiutare a ridurre l'assorbimento di corrente. Rh è stato calcolato come 575k, di conseguenza è stato implementato il valore standard immediato 576k. La conferma per le equazioni (1) e (2) è presentata nell'Appendice A. Rh / Rx = VL / VH - VL Prendiamo l'esempio di un circuito caricabatteria IC 741 e impariamo come il resistore di isteresi di feedback consente all'utente di impostare l'interruzione della carica completa e il ripristino della carica bassa del relè a parte da una certa differenza di tensione. Se l'isteresi non fosse introdotta, il relè si accenderebbe rapidamente al livello di interruzione causando un grave problema al sistema. La domanda è stata sollevata da uno dei lettori devoti di questo blog Mr. Mike. Domanda: 1) Salve questo circuito è davvero geniale! Ma ho alcune domande sugli operazionali di confronto Perché vengono utilizzati 4.7 zener per la tensione di riferimento? Se non vogliamo che i 12 volt scendano sotto gli 11 per la scarica, perché un valore zener così basso? Il resistore di feed back sta andando al punto di massa virtuale un resistore da 100K? In caso affermativo, perché è stato scelto questo valore? Grazie per qualsiasi aiuto! 2) Inoltre, chiedo scusa, mi sono dimenticato di come perché ci sono 4.7 zener alle basi dei transistor BC 547? 3) Anche la mia ultima domanda di oggi per questo circuito. I LED di indicazione rosso / verde come si accendono? Voglio dire che il LED rosso è collegato tramite il suo resistore al binario superiore +, si collega all'uscita dell'OPAMP, quindi scende in serie verso il LED verde. Sembrerebbe che sarebbero entrambi accesi allo stesso tempo, poiché sono in serie, in entrambi i circuiti. Ha qualcosa a che fare con il circuito di feedback e il terreno virtuale? Oh, penso di poter vedere. Quindi, quando l'OPAMP è spento, il LED rosso in alto La corrente sta attraversando il resistore di feedback (quindi è 'acceso') fino al punto di massa virtuale? Ma come si spegne, quando l'OPAMP ha un'uscita? Quando l'OP AMP riceve un'uscita, posso vedere che scende al LED verde, ma come, in quello stato, il LED rosso si spegne? Grazie ancora per qualsiasi aiuto! La mia risposta 4.7 non è un valore fisso, può essere modificato anche in altri valori, il preset del pin # 3 alla fine regola e calibra la soglia secondo il valore zener selezionato. Domanda Quindi la tensione di riferimento è che lo zener è al pin 2 (amplificatore operazionale vista dall'alto) corretta? Il resistore di feedback da 100K e il potenziometro stanno creando il valore di isteresi (che significa, la differenza tra il pin 2 e 3 per far oscillare l'opamp alto alla sua tensione + rail)? L'amplificatore operazionale in questa configurazione cerca sempre di far arrivare i pin 2 e 3 allo stesso valore tramite il suo resistore di feedback, corretto (zero, poiché il divisore di feedback è @ 0 e il pin 3 è @ ground)? Ho visto questo controller del caricatore solare fatto senza il feed back, usando solo diversi amplificatori operazionali con pin di riferimento della tensione e una pentola sull'altro. Sto solo cercando di capire come funziona l'isteresi in questo caso Non capisco la matematica in questo circuito. Il feedback preimpostato 100k 10k è assolutamente necessario? In altri circuiti operazionali, non usano alcun feed back, basta usarli in modalità di configurazione del comparatore con tensione ref sul pin invert / non invert, e quando uno viene superato, l'opamp oscilla alla sua tensione rail Cosa sta facendo il feed back? Capisco la formula del guadagno opamp, in questo caso è 100k / 10k x differenza di tensione del valore di tensione POT (preimpostato) e 4,7 zener? Oppure si tratta di un circuito LTP di isteresi UTP di tipo trigger Schmidt Continuo a non ricevere il feedback con la maggior parte dei comparatori operazionali da 100k / 10k che ho visto usare solo l'amplificatore operazionale in saturazione, potresti spiegare perché il feedback e il guadagno per questo? Ok sono imbrogliato il preset 10K viene utilizzato per dividere la tensione dal rail 12volt, giusto? Quindi, quando il suo valore preimpostato in base al tergicristallo POT è maggiore? rispetto allo zener da 4,7 V, alziamo l'opamp? ancora non ottengo il feedback 100k e perché viene utilizzato in un circuito di confronto La mia risposta Fare riferimento alla figura di esempio sopra per capire come funziona il resistore di feedback in un circuito Opamp Sono sicuro che sai come funzionano i divisori di tensione? Non appena il pieno viene rilevata la soglia di carica, come per la regolazione del pin # 3 preimpostato la tensione sul pin # 3 diventa appena superiore alla tensione zener del pin # 2, questo forza l'uscita dell'amplificatore operazionale a oscillare al livello di alimentazione dal suo precedente zero volt .... il che significa che cambia da 0 a 14V all'istante. In questa situazione possiamo supporre ora che il feedback sia collegato tra 'alimentazione positiva' e pin # 3 ... quando ciò accade, il resistore di feedback inizia a fornire questo 14V al pin # 3, il che significa che rinforza ulteriormente la tensione preimpostata e ne aggiunge volt aggiuntivi a seconda del suo valore di resistenza, tecnicamente questo significa che questo feedback diventa in parallelo con il resistore preimpostato che è impostato tra il suo braccio centrale e il braccio positivo. Quindi supponiamo che durante la transizione il pin n. 3 fosse 4,8 V e questo abbia commutato l'uscita al livello di alimentazione e abbia consentito all'alimentazione di tornare al pin n. 3 attraverso il resistore di feedback, il che ha fatto sì che il pin n. 3 fosse un po 'più alto, diciamo a 5V .... a causa di questa tensione del pin n. 3 ci vorrà più tempo per tornare al di sotto del livello del valore zener di 4,7 V perché è stato portato a 5 V ... questa è chiamata isteresi. Entrambi i LED non si accenderanno mai perché la loro giunzione è collegata al pin # 6 dell'opamp che sarà a 0 V o al volt di alimentazione che farà in modo che il LED rosso si accenda o il LED verde, ma mai insieme. Domanda Grazie per aver risposto a tutte le mie domande, in particolare quella sul feedback, che sembra una configurazione un po 'avanzata quindi è una novità per me questa opzione del circuito di set point a bassa tensione funzionerebbe anche 14 volt su non invertito, 12 volt zener su invert perno di riferimento. Quando il rail da 14 VDC è sceso a 12, l'uscita dell'amplificatore operazionale si attiva. Ciò attiverebbe la parte a bassa tensione del circuito. Nel tuo caso, il potenziometro da 10k sta semplicemente 'aggiustando', 'dividendo' o portando il rail da 14 volt a una tensione più vicina a 4.7zener? Stai ancora controllando i 14 VDC. Voglio dire, una volta che va a 11 VDC ecc., Vuoi un rapporto che farà oscillare l'opamp alto. se sostituissi il 4.7 con un altro valore zener, il divisore del piatto imposterebbe un nuovo rapporto, ma il piatto è ancora 'seguendo' o in rapporto con il rail 14 VDC? Invece di mettere 14VDC su un pin opamp, lo fai cadere attraverso un divisore, ma il rapporto controlla ancora una piccola caduta da diciamo 14VDC a 11 VDC attraverso il pot 10K, che scenderà a 4.7V? Sto solo cercando di capire come il circuito chiude la 'diffusione' da 11VDC (dove vogliamo che sia il set point di bassa tensione) e la tensione di riferimento di 4.7 Vdc. la maggior parte dei circuiti comparatori che ho visto hanno solo il riferimento vdc al pin 2, ad esempio 6 VDC. e una tensione rail di diciamo 12 VDC. Quindi un vaso imposta un divisore da quel binario di 12VDC, scende a dire 6 VDC attraverso il punto medio del divisore. Una volta che la tensione sul pin 3 si avvicina al ref 6 VDC @ pin 2, l'opamp oscilla in base alla sua configurazione (invert o non invertito) Forse dove sto sbagliando è qui - in altri circuiti che ho visto, si presume che la tensione del rail sia rigida, ma in questo caso, diminuirà È quella caduta (da 14 VDC a 11 VDC) sconvolge il divisore di tensione 10K rapporto? E stai usando quel rapporto per fare riferimento al 4,7 zener? quindi se hai il potenziometro da 10K nella sua posizione centrale di 5 k, quel divisore imposterebbe il 14VDC a 7 VDC (R2 / R1 + R2) se il rail 14 andasse a 11 VDC, la posizione centrale del divisore è ora 5,5, quindi dipende da dove si trova il tergicristallo, comincio a prenderlo? Regoliamo solo il tergicristallo fino a quando il 4,7 è in rapporto al partitore di tensione e alla caduta del binario che vogliamo? quindi questo circuito utilizza i normali principi del comparatore operazionale, ma con l'effetto aggiunto dell'isteresi per il controllo del punto di regolazione a bassa tensione? La mia risposta Sì, hai capito bene. Anche uno zener a 12V funzionerebbe, ma ciò farebbe passare l'amplificatore operazionale tra 12V e 12,2V, il sistema feedaback consente all'amplificatore operazionale di passare tra 11V e 14V, questo è il vantaggio principale dell'utilizzo di un resistore di isteresi di feedback. Allo stesso modo nel mio caso, se il resistore di feedback fosse rimosso, l'opamp inizierebbe a oscillare frequentemente tra il livello di interruzione di 14,4 V e il livello di ripristino di 14,2 V. perché secondo l'impostazione del preset 10K l'opamp si interrompe a 14,4 V e non appena la tensione della batteria scende di alcuni milli-volt l'opamp si spegne di nuovo e questo si accende continuamente causando un ON / OFF costante commutazione del relè. Tuttavia la situazione di cui sopra andrebbe bene se non fosse usato un relè piuttosto che fosse usato un transistor. Domanda Normalmente quello che vedo nei comparatori è una tensione fissa come hai @ pin 2, di solito attraverso un partitore di tensione o zener ecc., Quindi al pin 3 una tensione variabile da sorgente - pot - configurazione di terra con wiper (pot) nel mezzo e il il tergicristallo troverà il punto di regolazione del pin 2. Nel tuo caso 4.7 fissa la tensione zener e fai oscillare l'opamp circa sulle sue rotaie, in base alla sua configurazione, dove la sua confusione è che il tergicristallo da 10K nel tuo circuito è impostato a 14,4 volt? Allora quello dovrebbe far scattare il 4,7 zener? Non riesco a ottenere la partita? La mia risposta per prima cosa impostiamo il taglio della soglia superiore attraverso il potenziometro fornendo 14,4 V da un alimentatore variabile con resistenza di feedback scollegata. una volta impostato quanto sopra, colleghiamo un resistore di isteresi correttamente selezionato nello slot, quindi iniziamo a ridurre la tensione fino a trovare lo spegnimento dell'opamp al valore inferiore desiderato, diciamo 11V. questo imposta perfettamente il circuito. ORA, prima di confermare questo praticamente ci assicuriamo che la batteria sia prima collegata e poi l'alimentazione sia accesa. questo è importante in modo che l'alimentatore sia in grado di essere trascinato verso il basso dal livello della batteria e iniziare con un livello esattamente uguale al livello di scarica della batteria. questo è tutto, dopo questo è tutto senza intoppi con l'opamp che segue lo schema di interruzione impostato dall'utente. un'altra cosa importante è che la corrente di alimentazione deve essere intorno a 1/10 della batteria AH in modo che l'alimentatore possa essere facilmente abbattuto dal livello della batteria inizialmente. Domanda Sì, ci stavo pensando e senza l'isteresi non avrebbe funzionato. Se metto un 7 zener al pin 2, imposta Vin @ pin 3 attraverso un divisore di tensione 5k a 7 volt e una batteria scarica sul circuito, non appena la batteria viene caricata a 14 volt, il relè cade e tirare il carico, ma il carico lascerebbe cadere immediatamente il 7 alla pentola, quindi il relè cadrebbe. Senza l'isteresi, ora posso capire perché non lavorerei, grazie La mia risposta Anche senza un carico, la batteria non si attaccherà mai al limite di 14,4 V e proverà immediatamente a stabilizzarsi a circa 12,9 V o 13 V. Quando opamp o / p oscilla su (+) diventa buono come il rail di alimentazione, il che implica che il resistore di feedback viene collegato con il rail di alimentazione, il che implica inoltre che il pin # 3 è soggetto a una tensione parallela separata in aggiunta al preseleziona la resistenza della sezione superiore collegata alla barra di alimentazione. Questa tensione aggiunta dal feedback fa sì che il pin n.3 salga da 4.7V a 5V ... questo cambia il calcolo per il pin3 / 2 e forza l'opamp a rimanere bloccato fino a quando il 5V non è sceso sotto 4.7v, il che accade solo quando la tensione della batteria è scesa fino a 11V ... senza questo l'opamp sarebbe alternato continuamente tra 14,4 V e 14,2 V La seguente discussione ci spiega qual è la tensione di carica completa per le batterie al piombo-acido e il significato dell'isteresi nei sistemi di ricarica delle batterie. Le domande sono state poste dal signor Girish Discussione sui parametri di carica della batteria Cut-off e isteresi di carica completa Come regola generale, questa corrente potrebbe essere di circa Ah / 70, ovvero da 50 a 100 volte inferiore al valore AH della batteria. Ad esempio, se un amplificatore operazionale senza funzione di isteresi è configurato per monitorare una situazione di sovraccarico in un sistema di ricarica della batteria, a pieno livello di carica non appena interrompe l'alimentazione di carica alla batteria, la batteria mostrerà la tendenza a far cadere la sua tensione e tentare di stabilirsi in una posizione di tensione inferiore. Puoi paragonarlo al pompaggio di aria all'interno di un tubo, purché la pressione di pompaggio sia presente l'aria all'interno del tubo regge, ma non appena il pompaggio viene interrotto il tubo inizia a sgonfiarsi lentamente ... lo stesso accade con la batteria. Quando ciò accade, il riferimento di ingresso opamp si inverte e la sua uscita viene sollecitata ad accendere nuovamente la carica, il che spinge ancora una volta la tensione della batteria verso la soglia di interruzione più alta e il ciclo continua a ripetersi ……. questa azione crea una rapida commutazione dell'uscita opamp alla soglia di carica completa. Questa condizione di solito non è raccomandata in nessun sistema di confronto controllato da operazionali e questo potrebbe dare origine a vibrazioni del relè. Per evitare ciò, aggiungiamo un resistore di isteresi attraverso il pin di uscita e il pin di rilevamento dell'amplificatore operazionale, in modo che al limite di interruzione l'amplificatore operazionale spenga la sua uscita e si blocchi in quella posizione, ea meno che e fino a quando l'ingresso di alimentazione di rilevamento è veramente sceso a un limite inferiore pericoloso (in cui l'isteresi di oamp non è in grado di mantenere il fermo), quindi l'opamp si riaccende. Se hai più dubbi sulla tensione di carica completa per le batterie al piombo-acido e sul significato dell'isteresi nei sistemi di ricarica delle batterie, non esitare a metterli fuori attraverso commenti.Comparatore senza isteresi
Comparatore con isteresi
Uscita Compartaor con ingresso fluttuante
Progettazione del comparatore di isteresi
Discutere l'isteresi con un esempio pratico
Perché viene utilizzato Reference Zener
Perché viene utilizzata la resistenza di feedback
Cos'è l'isteresi
Come impostare i punti di soglia di intervento
Qual è la tensione di carica completa e l'isteresi
Ho un paio di domande che mi fanno grattare la testa:
1) Qual è la tensione completa della batteria per una batteria piombo-acido standard, a quale tensione la batteria deve staccare dal caricabatterie. Quale deve essere la tensione di carica flottante per una batteria al piombo.
2) La resistenza di isteresi è cruciale nel circuito del comparatore? senza di essa funzionerà correttamente? Ho cercato su Google e ho trovato molte risposte confuse. Spero tu possa rispondere. I progetti sono in corso.
Saluti.
Ciao Girish,
1) Per una batteria al piombo acido da 12 V, la carica completa dall'alimentatore è 14,3 V (limite di interruzione), la carica variabile può essere la quantità di corrente più bassa a questa tensione che impedisce alla batteria di scaricarsi automaticamente e impedisce anche il batteria da sovraccarico.
L'isteresi è necessaria negli amplificatori operazionali per impedire loro di produrre un'uscita fluttuante (ON / OFF) in risposta a un ingresso fluttuante che viene monitorato dall'amplificatore operazionale.
Precedente: Circuito di controllo della pompa a getto monofase Avanti: Come realizzare un circuito di prova dell'umidità del suolo con un singolo IC 741
