Histeresis Opamp - Pengiraan dan Pertimbangan Reka Bentuk

Di kebanyakan rangkaian pengecas bateri automatik di blog ini, anda mungkin pernah melihat opamp dengan ciri histeresis disertakan untuk beberapa fungsi penting. Artikel berikut menerangkan kepentingan dan teknik reka bentuk untuk fungsi histeresis dalam litar opamp.

Untuk mengetahui dengan tepat apa itu histeresis, anda boleh merujuk artikel ini yang mana menerangkan histeresis melalui contoh geganti

Prinsip operasi

Rajah 2 menunjukkan reka bentuk konvensional untuk pembanding tanpa menggunakan histeresis. Susunan ini berfungsi dengan menggunakan pembahagi voltan (Rx dan Ry) untuk menetapkan voltan ambang minimum.

Pembanding akan menilai dan membandingkan isyarat input atau voltan (Vln) dengan voltan ambang yang ditetapkan (Vth).

Voltan input input pembanding yang hendak dibandingkan disambungkan ke input terbalik, akibatnya output akan menampilkan polaritas terbalik.

Setiap kali output Vin> Vth sepatutnya hampir dengan bekalan negatif (GND atau logik rendah untuk rajah yang ditunjukkan). dan ketika Vln

Penyelesaian yang mudah ini membolehkan anda memutuskan sama ada isyarat asli atau tidak, misalnya suhu melebihi had ambang yang ditentukan.

Walaupun begitu, menggunakan teknik ini mungkin mempunyai masalah. Gangguan pada isyarat suapan input berpotensi menyebabkan input berubah di atas dan di bawah ambang yang ditetapkan sehingga memicu hasil output yang tidak konsisten atau berubah-ubah.

Perbandingan tanpa Histeresis

Rajah 3 menggambarkan tindak balas output pembanding tanpa histeresis dengan corak voltan input yang berubah-ubah.

Walaupun voltan isyarat input mencapai had yang ditetapkan (oleh rangkaian pembahagi voltan) (Vth = 2.5V), ia menyesuaikan di atas dan juga di bawah ambang minimum sejumlah kejadian.

Hasilnya, output berubah-ubah juga sesuai dengan input. Dalam litar sebenar, output yang tidak stabil ini boleh menyebabkan masalah yang tidak baik.

Sebagai gambaran, fikirkan tentang isyarat input untuk menjadi parameter suhu dan tindak balas output menjadi aplikasi berdasarkan suhu yang penting, yang kebetulan ditafsirkan oleh mikrokontroler.

Tindak balas isyarat output yang berubah-ubah mungkin tidak memberikan maklumat yang setia kepada mikrokontroler dan dapat menghasilkan hasil yang 'membingungkan' untuk mikrokontroler pada tahap ambang krusial.

Selain itu, bayangkan bahawa output pembanding diperlukan untuk mengendalikan motor atau injap. Pengalihan yang tidak konsisten semasa had ambang boleh memaksa injap atau motor dihidupkan / dimatikan berkali-kali dalam keadaan ambang yang penting.

Tetapi penyelesaian 'sejuk' melalui perubahan sederhana pada litar pembanding membolehkan anda memasukkan histeresis yang seterusnya akan menghilangkan output kegelisahan semasa perubahan ambang batas.

Histeresis memanfaatkan beberapa had voltan ambang yang berbeza untuk tetap jelas dari peralihan yang berubah-ubah seperti yang dilihat dalam rangkaian yang dibincangkan.

Suapan isyarat input perlu melepasi ambang atas (VH) untuk menghasilkan peralihan output rendah atau di bawah had ambang set yang lebih rendah (VL) untuk beralih ke output tinggi.

Perbandingan dengan Histeresis

Rajah 4 menunjukkan histeresis pada pembanding. Perintang Rh mengunci pada tahap ambang histeresis.

Setiap kali output berada pada logik tinggi (5V), Rh tetap selari dengan Rx. Ini mendorong arus tambahan ke Ry, menaikkan had had ambang (VH) hingga 2.7V. Isyarat input mungkin perlu berada di atas VH = 2.7V untuk mendorong tindak balas output bergerak ke logik rendah (0V).

Walaupun output pada logik rendah (0V), Rh diatur selari dengan Ry. Ini mengurangkan arus ke Ry, menurunkan voltan ambang ke 2.3V. Isyarat input akan mahu berada di bawah VL = 2.3V untuk menyelesaikan output ke logik tinggi (5V).

Output Compartaor dengan Input Berubah

Rajah 5 menandakan output pembanding dengan histeresis dengan voltan masukan yang berubah-ubah. Tahap isyarat input sepatutnya bergerak melebihi had ambang yang lebih tinggi (VH = 2.7V) agar output opamp tergelincir ke logik rendah (0V).

Juga, tahap isyarat input perlu bergerak di bawah ambang Bawah untuk output opamp untuk naik dengan lancar ke logik tinggi (5V).

Gangguan dalam contoh ini mungkin dapat diabaikan dan oleh itu dapat diabaikan, berkat histeresis.

Tetapi setelah mengatakan ini, dalam kes di mana tahap isyarat input berada di atas julat yang dikira histeresis (2.7V - 2.3V) dapat menghasilkan tindak balas peralihan output turun naik tambahan.

Untuk mengatasinya, pengaturan jangkauan histeresis diperlukan untuk diperpanjang dengan cukup untuk menghilangkan gangguan yang diinduksi dalam model litar tertentu yang diberikan.

Bahagian 2.1 memberikan Anda solusi untuk menentukan komponen untuk memperbaiki ambang sesuai dengan permintaan aplikasi yang Anda pilih.

Reka Bentuk Perbandingan Histeresis

Persamaan (1) dan (2) dapat membantu menentukan perintang yang ingin membuat voltan ambang histeresis VH dan VL. Nilai tunggal (RX) diperlukan untuk dipilih secara sewenang-wenangnya.

Dalam ilustrasi ini, RX ditentukan untuk 100k untuk membantu mengurangkan undian semasa. Rh dikira menjadi 575k, dengan itu nilai standard segera 576k telah dilaksanakan. Pengesahan untuk Persamaan (1) dan (2) ditunjukkan dalam Lampiran A.

Rh / Rx = VL / VH - VL

Membincangkan histeresis dengan Contoh Praktikal

Kami mengambil contoh litar pengecas bateri IC 741 dan mengetahui bagaimana perintang histeresis maklum balas membolehkan pengguna mengatur pemotongan cas penuh dan pemulihan relay cas rendah selain beberapa perbezaan voltan. Sekiranya histeresis tidak diperkenalkan, geganti akan cepat AKTIF MATI pada tahap pemotongan menyebabkan masalah serius dengan sistem.

Pertanyaan itu diajukan oleh salah seorang pembaca yang berdedikasi dari blog ini Mr Mike.

Mengapa Rujukan Zener Digunakan

Soalan:

1) Hai litar ini sangat genius!

Tetapi saya mempunyai beberapa soalan mengenai opamp pembanding

Mengapa 4.7 zeners digunakan untuk voltan rujukan? Sekiranya kita tidak mahu 12 volt jatuh di bawah 11 untuk pembuangan, mengapa nilai zener rendah?

Adakah perintang balik umpan ke titik tanah maya adalah perintang 100K? Sekiranya demikian, mengapa nilai ini dipilih?

Terima kasih atas sebarang bantuan!

2) Juga, saya minta maaf, saya lupa mengapa terdapat 4.7 zeners di dasar transistor BC 547?

3) Juga soalan terakhir saya untuk hari ini untuk litar ini. LED petunjuk merah / hijau bagaimana ia menyala? Maksud saya LED merah disambungkan melalui perintangnya ke rel + atas, menyambung ke output OPAMP, kemudian turun secara bersiri ke arah LED hijau.

Nampaknya mereka berdua akan bersamaan, kerana mereka berada dalam siri, di kedua litar.

Adakah ia ada kaitan dengan litar maklum balas dan landasan maya? Oh saya fikir saya mungkin melihat. Oleh itu, apabila OPAMP dimatikan, LED merah atas

Arus sedang melalui perintang maklum balas (dengan itu 'hidup') ke titik asas maya? Tetapi bagaimana ia dimatikan, ketika OPAMP mempunyai output? Apabila OP AMP mendapat output, saya dapat melihat bahawa turun ke LED hijau, tetapi bagaimana, dalam keadaan itu, LED merah kemudian dimatikan?

Terima kasih sekali lagi atas sebarang bantuan!

Balas Saya

4.7 bukan nilai tetap, ia dapat diubah menjadi nilai lain juga, preset pin # 3 akhirnya menyesuaikan dan menentukur ambang mengikut nilai zener terpilih.

Soalan

Jadi voltan rujukan adakah zener berada pada pin 2 (topamp opamp) betul? Perintang dan periuk maklum balas 100K mencipta nilai histeresis (maksudnya, perbezaan antara pin 2 dan 3 untuk menjadikan ayunan opamp tinggi ke voltan + relnya)?

Opamp dalam konfigurasi ini selalu berusaha membuat pin 2 dan 3 sampai pada nilai yang sama melalui perintang maklum balasnya, betul (sifar, kerana pembahagi maklum balas adalah @ 0 dan pin 3 adalah @ ground)?

Saya telah melihat pengawal pengecas solar ini dilakukan tanpa umpan balik, hanya menggunakan beberapa opamps dengan pin rujukan voltan dan periuk yang lain.

Saya hanya cuba memahami bagaimana histeresis berfungsi dalam kes ini. Saya tidak memahami matematik dalam litar ini. Adakah maklum balas pratetap 100k 10k benar-benar diperlukan?

Dalam litar opamp yang lain, mereka tidak menggunakan suapan balik hanya menggunakannya dalam mod konfigurasi pembanding dengan voltan ref pada pin terbalik / tidak terbalik, dan apabila melebihi, opamp beralih ke voltan relnya

Apa yang dilakukan oleh feed back? Saya faham formula keuntungan opamp, dalam hal ini adakah perbezaan voltan 100k / 10k x nilai voltan POT (pratetap) dan 4.7 zener?

Atau adakah ini jenis pencetus Schmidt litar LTP UTP histeresis

Saya masih tidak mendapat suapan dengan 100k / 10k kebanyakan pembanding opamp yang saya lihat hanya menggunakan opamp dalam tepu, bolehkah anda menerangkan mengapa maklum balas dan keuntungan untuk ini?

Ok saya salah pratetap 10K digunakan untuk membahagi voltan dari rel 12volt, betul? Jadi, bila nilai presetnya mengikut pengelap POT lebih banyak? daripada zener 4.7V, kita mengayunkan opamp tinggi? masih tidak mendapat maklum balas 100k dan mengapa ia digunakan dalam litar pembanding

Mengapa Resistor Maklum Balas Digunakan

Balas Saya

Sila rujuk contoh gambar di atas untuk memahami bagaimana perintang maklum balas berfungsi dalam litar Opamp

Saya pasti anda tahu bagaimana pembahagi voltan berfungsi? Sebaik sahaja penuh

ambang cas dikesan, mengikut penyesuaian pin # 3 yang ditetapkan voltan pada pin # 3 menjadi lebih tinggi daripada voltan zener pin # 2, ini memaksa output opamp untuk beralih ke tahap bekalan dari voltan sifar sebelumnya .... bermaksud ia berubah dari katakan 0 hingga 14V dengan serta-merta.

Dalam keadaan ini kita boleh menganggap sekarang bahawa maklum balas dihubungkan antara 'bekalan positif' dan pin # 3 ... apabila ini berlaku, perintang maklum balas mula membekalkan 14V ini ke pin # 3, yang bermaksud ini akan menguatkan lagi voltan yang telah ditetapkan dan menambahkan beberapa voltan tambahan bergantung pada nilai rintangannya, secara teknikal ini bermaksud maklum balas ini selari dengan perintang pratetap yang diatur antara lengan tengahnya dan lengan positif.

Oleh itu, anggap semasa pin peralihan # 3 adalah 4.8V dan ini menukar output ke tahap bekalan dan membolehkan bekalan mencapai kembali ke pin # 3 melalui perintang maklum balas, yang menyebabkan pin # 3 menjadi lebih tinggi katakan pada 5V .... kerana voltan pin # 3 ini akan memakan masa lebih lama untuk kembali ke bawah tahap nilai zener 4.7V kerana telah dinaikkan menjadi 5V ... ini disebut histeresis.

Kedua-dua LED tidak akan menyala kerana persimpangannya dihubungkan dengan pin # 6 opamp yang sama ada pada 0V atau voltan bekalan yang akan memastikan sama ada LED merah menyala atau hijau, tetapi tidak pernah bersama.

Apa itu Histeresis

Soalan

Terima kasih kerana telah menjawab semua soalan saya, terutamanya yang berkaitan dengan maklum balas, yang kelihatannya agak maju sehingga baru bagi saya adakah pilihan litar set voltan rendah ini berfungsi juga 14 volt pada yang tidak terbalik, 12 volt zener pada invert pin rujukan.

Setelah rel 14 VDC jatuh ke 12, output opamp menyala. Ini akan mengaktifkan bahagian voltan rendah litar. Dalam kes anda, periuk 10k hanya 'menyesuaikan', 'membahagi' atau membawa rel 14volt ke voltan lebih dekat dengan 4.7zener? Anda masih mengawal 14 VDC.

Maksud saya setelah mencapai 11 VDC dll, anda mahukan nisbah yang akan mengayunkan opamp tinggi. jika anda mengganti 4.7 dengan nilai zener yang lain, pembahagi pot akan menetapkan nisbah baru, tetapi pot masih 'mengikuti' atau dalam perbandingan dengan rel 14 VDC? Daripada meletakkan 14VDC pada satu pin opamp, anda menjatuhkannya melalui pembahagi, tetapi nisbahnya masih mengawal penurunan kecil dari katakanlah 14VDC hingga 11 VDC melalui periuk 10K, yang akan turun menjadi 4.7V?

Saya hanya cuba memahami bagaimana litar menutup 'spread' dari 11VDC (di mana kita mahu titik set voltan rendah) dan voltan ref 4.7 vdc. kebanyakan rangkaian pembanding yang saya lihat hanya mempunyai ref vdc pada pin 2, contohnya 6 VDC. dan voltan rel katakanlah 12 VDC. Kemudian periuk menyusun pembahagi dari rel 12VDC itu, turun menjadi 6 VDC hingga titik tengah pembahagi. Setelah voltan pada pin 3 menghampiri ref 6 VDC @ pin 2, opamp berayun mengikut konfigurasinya, (terbalik atau tidak terbalik)

Mungkin di mana saya mengacau ada di sini - di litar lain yang saya perhatikan, voltan rel dianggap kaku, tetapi dalam kes ini, ia akan turun Ia akan jatuh yang (14VDC hingga 11VDC) mengganggu pembahagi voltan 10K nisbah?

Dan anda menggunakan nisbah itu untuk merujuk zener 4.7? jadi jika anda mempunyai periuk 10K pada kedudukan pertengahan 5 k, pembahagi itu akan menetapkan 14VDC pada 7 VDC (R2 / R1 + R2) jika rel 14 menuju ke 11 VDC, kedudukan pertengahan pembahagi sekarang ialah 5.5, jadi bergantung pada tempat pengelap berada, adakah saya mula mendapatkannya?

Kami hanya menyesuaikan pengelap sehingga 4.7 berada dalam perbandingan dengan pembahagi voltan dan penurunan rel yang kita mahukan?

jadi litar ini menggunakan prinsip pembanding opamp biasa, tetapi dengan kesan tambahan hystersis untuk kawalan titik set voltan rendah?

Balas Saya

Ya anda betul.

Zener 12V juga berfungsi, tetapi itu akan menyebabkan opamp beralih antara 12V dan 12.2V, sistem feedaback membolehkan opamp bertukar antara 11V dan 14.V, itulah kelebihan utama menggunakan resistor histeresis maklum balas.

Begitu juga dalam kes saya, jika perintang maklum balas dikeluarkan, opamp akan mula kerap berayun antara tahap pemotongan 14.4V dan tahap pengembalian 14.2V. kerana mengikut tetapan preset 10K, opamp akan terputus pada 14.4V dan sebaik sahaja voltan bateri turun sebanyak beberapa milli-volt, opamp akan kembali MATI, dan ini akan terus berterusan menyebabkan ON / OFF berterusan menukar geganti.

Namun keadaan di atas akan baik-baik saja jika geganti tidak digunakan sebaliknya transistor digunakan.

Soalan

Biasanya yang saya lihat dalam pembanding ialah voltan tetap seperti yang anda ada @ pin 2, biasanya melalui pembahagi voltan atau zener dll, kemudian pada pin 3 voltan berubah dari sumber - periuk - konfigurasi tanah dengan pengelap (periuk) di tengah dan pengelap akan mencari titik set pin 2.

Dalam kes anda 4.7 voltan zener tetap dan ayunkan opamp hampir ke relnya, mengikut konfigurasi di mana membingungkannya ialah pengelap 10K di litar anda ditetapkan pada 14.4 volt? Maka yang sepatutnya menaikkan zener 4.7? Saya tidak berjaya?

Cara Menetapkan Titik Perjalanan Ambang

Balas Saya

pertama kami menetapkan ambang atas yang terputus melalui periuk dengan membekalkan 14.4V dari bekalan kuasa berubah-ubah dengan perintang maklum balas terputus.

setelah perkara di atas ditetapkan, kita menyambungkan perintang histeresis yang dipilih dengan betul di slot, dan kemudian mula mengurangkan voltan sehingga kita dapati opamp dimatikan pada sayap bawah 11V yang dikehendaki.

ini mengatur litar dengan sempurna.

SEKARANG, sebelum mengesahkan ini secara praktikal, kami memastikan bahawa bateri pertama kali disambungkan dan kemudian kuasa dihidupkan.

ini penting agar bekalan kuasa dapat diseret ke bawah oleh tahap bateri dan bermula dengan tahap yang sama dengan tahap pelepasan bateri.

itu sahaja, selepas ini semuanya berjalan lancar dengan opamp mengikut corak pemotongan seperti yang ditetapkan oleh pengguna.

Satu lagi perkara penting ialah, arus bekalan kuasa mestilah sekitar 1/10 bateri AH supaya bekalan kuasa dapat diturunkan dengan mudah oleh tahap bateri pada mulanya.

Soalan

Ya, saya memikirkannya dan tanpa histeresis ia tidak akan berjaya. Sekiranya saya meletakkan 7 zener pada pin 2, tetapkan Vin @ pin 3 melalui pembahagi voltan 5k menjadi 7 volt, dan bateri yang habis pada litar, sebaik sahaja bateri diisi ke 14 volt, relay akan jatuh dan tarik beban, tetapi beban akan turun 7 di periuk ke bawah dengan segera, sehingga geganti akan turun. Tanpa histeresis, saya dapat melihat sekarang mengapa saya tidak berfungsi, terima kasih

Balas Saya

Walaupun tanpa beban, bateri tidak akan pernah melekat pada had 14.4V dan dengan serta-merta akan berusaha mencapai sekitar 12.9V atau 13V.

Apabila opamp o / p beralih ke (+) ia menjadi sebaik rel bekalan, yang menunjukkan bahawa perintang maklum balas dihubungkan dengan rel bekalan, yang lebih jauh menunjukkan bahawa pin # 3 dikenakan voltan selari yang terpisah selain menetapkan rintangan bahagian atas yang dihubungkan dengan rel bekalan.

Voltan tambahan dari maklum balas ini menyebabkan pin # 3 naik dari 4.7V untuk mengatakan 5V ... ini mengubah pengiraan untuk pin3 / 2 dan memaksa opamp tetap terkunci sehingga 5V jatuh di bawah 4.7v, yang hanya berlaku apabila voltan bateri telah turun hingga 11V .... tanpa ini opamp akan beralih secara berterusan antara 14.4V dan 14.2V

Apa Itu Voltan Pengisian Penuh dan Histeresis

Perbincangan berikut memberitahu kami mengenai voltan pengisian penuh untuk bateri asid plumbum dan kepentingan histeresis dalam sistem pengecasan bateri. Soalan-soalan itu diajukan oleh Encik Girish

Membincangkan Parameter Pengecasan Bateri
Saya mempunyai beberapa soalan yang membuat saya menggaru kepala:
1) Berapakah voltan bateri penuh untuk bateri Asid Lead-standard, pada voltan apa yang perlu dipotong oleh bateri dari pengecas. Apa mestilah voltan pengisian apungan untuk bateri asid plumbum.
2) Adakah perintang histeresis sangat penting dalam litar pembanding? tanpanya ia akan berfungsi dengan baik? Saya telah pergi ke Google dan menemui banyak jawapan yang mengelirukan. Saya harap anda dapat menjawab. Projek sedang dalam perjalanan.
Salam.

Potongan dan Histeresis Caj Penuh
Hai Tuan,
1) Untuk bateri asid plumbum 12V, cas penuh dari bekalan kuasa adalah 14.3V (had pemotongan), cas terapung boleh menjadi jumlah arus terendah pada voltan ini yang menghalang bateri melepaskan diri, dan juga menghalang bateri daripada pengecasan berlebihan.

Sebagai peraturan praktik, arus ini boleh menjadi sekitar Ah / 70, iaitu 50 hingga 100 kali lebih rendah daripada nilai bateri AH.
Histeresis diperlukan dalam opamps untuk menghalangnya daripada menghasilkan output berfluktuasi (ON / OFF) sebagai tindak balas kepada input turun naik yang sedang dipantau oleh opamp.

Sebagai contoh jika opamp tanpa ciri histeresis dikonfigurasikan untuk memantau keadaan pengecasan berlebihan dalam sistem pengecasan bateri, maka pada tahap pengisian penuh sebaik sahaja ia memutuskan bekalan pengecasan ke bateri, bateri akan menunjukkan kecenderungan penurunannya voltan dan cuba mengendap ke kedudukan voltan yang lebih rendah.

Anda boleh membandingkannya dengan mengepam udara di dalam tiub, selagi tekanan mengepam ada udara di dalam tiub menahan, tetapi sebaik sahaja pengepaman dihentikan, tiub mula perlahan mengempis… hal yang sama berlaku dengan bateri.

Apabila ini terjadi, rujukan input opamp kembali, dan outputnya diminta untuk menghidupkan pengisian semula, yang sekali lagi mendorong voltan bateri ke ambang pemotongan yang lebih tinggi, dan kitaran terus berulang ……. tindakan ini mewujudkan pertukaran output opamp dengan pantas pada ambang cas penuh. Keadaan ini biasanya tidak digalakkan dalam sistem pembanding yang dikendalikan opamp dan ini boleh menimbulkan gegaran geganti.

Untuk mengelakkan ini, kami menambahkan resistor histeresis di seluruh pin output dan pin penginderaan opamp, sehingga pada had cut-off opamp mematikan outputnya dan mengunci pada kedudukan itu, dan kecuali dan sehingga input umpan penginderaan benar-benar jatuh ke had bawah yang tidak selamat (di mana histeresis oamp tidak dapat menahan kait), opamp kemudian dihidupkan semula.

Sekiranya anda mempunyai lebih banyak keraguan mengenai voltan pengisian penuh untuk bateri asid plumbum dan kepentingan histeresis dalam sistem pengecasan bateri, jangan ragu untuk mengeluarkannya melalui komen.