I de fleste automatiske batteriopladekredsløb i denne blog har du måske set en opamp med en hysteresefunktion inkluderet for en vigtig funktion. Den følgende artikel forklarer betydningen og designteknikkerne for hysteresefunktionen i opamp-kredsløb.
For at lære nøjagtigt, hvad der er en hysterese, kan du henvise til denne artikel, hvilken forklarer hysterese gennem et eksempel på et relæ
Driftsprincip
Figur 2 viser et konventionelt design til en komparator uden at anvende hysteresen. Dette arrangement fungerer ved hjælp af en spændingsdeler (Rx og Ry) til at etablere den mindste tærskelspænding.
Komparatoren vil evaluere og sammenligne indgangssignalet eller spændingen (Vln) med den indstillede tærskelspænding (Vth).
Komparatorens indgangsspænding, der skal sammenlignes, er forbundet til den inverterende indgang, som et resultat vil udgangen have en omvendt polaritet.
Hver gang Vin> Vth forventes output at komme tæt på den negative forsyning (GND eller logik lav for det viste diagram). og når Vln Denne nemme løsning giver dig mulighed for at beslutte, om et ægte signal, f.eks. Temperatur, er over en given afgørende tærskelgrænse. Alligevel kan brugen af denne teknik have en knibe. Interferens på indgangssignalet kan potentielt få indgangen til at skifte over og under den indstillede tærskel, der udløser et inkonsekvent eller svingende outputresultat. Figur 3 illustrerer udgangssvaret fra en komparator uden hysterese med et svingende indgangsspændingsmønster. Mens indgangssignalspændingen når den indstillede grænse (af spændingsdelernetværket) (Vth = 2,5V), justeres den over såvel som under minimumstærsklen et antal tilfælde. Som et resultat svinger output også i overensstemmelse med input. I faktiske kredsløb kan dette ustabile output let forårsage ugunstige problemer. Som en illustration skal du tænke på, at indgangssignalet er en temperaturparameter, og at udgangssvaret er en afgørende temperaturbaseret applikation, som tilfældigvis fortolkes af en mikrokontroller. Det svingende udgangssignalrespons bidrager muligvis ikke til trofast information til mikrokontrolleren og kan producere 'forvirrende' resultater for mikrocontrolleren ved de afgørende tærskelniveauer. Forestil dig desuden, at komparatorudgangen kræves for at betjene en motor eller ventil. Denne inkonsekvente skift under tærskelgrænserne kan tvinge ventilen eller motoren til at blive tændt / slukket mange gange i løbet af de afgørende tærskelsituationer .. Men en 'cool' løsning gennem en beskeden ændring af komparatorkredsløbet giver dig mulighed for at inkludere hysterese, som igen fuldstændigt eliminerer det nervøse output under tærskelovergang. Hysterese udnytter et par forskellige tærskelspændingsgrænser for at holde sig fri fra de svingende overgange som set i det diskuterede kredsløb. Indgangssignalfødningen skal gå over den øvre tærskel (VH) for at generere en omstilling af en lav output eller under den nedre indstillede tærskelgrænse (VL) for at skifte til en høj output. Figur 4 viser hysterese på en komparator. Modstanden Rh låser på hysteresetærskelniveauet. Hver gang udgangen er logisk høj (5V), forbliver Rh parallelt med Rx. Dette skubber ekstra strøm ind i Ry og hæver tærskelgrænsespændingen (VH) til 2,7V. Indgangssignalet skal sandsynligvis gå over VH = 2.7V for at bede outputresponset om at flytte til en logisk lav (0V). Mens output er ved logisk lav (0V), er Rh sat parallelt med Ry. Dette reducerer strømmen til Ry og bringer tærskelspændingen ned til 2,3V. Indgangssignalet vil gå under VL = 2.3V for at afregne output til en logisk høj (5V). Figur 5 angiver output fra en komparator med hysterese med en svingende indgangsspænding. Indgangssignalniveauet formodes at bevæge sig over den højere tærskelgrænse (VH = 2,7V) for at opamp-udgangen glider ned til logisk lav (0V). Desuden skal niveauet for indgangssignalet bevæge sig under den nedre tærskel for at opamp-udgangen glat glat til logisk høj (5V). Forstyrrelsen i dette eksempel kan være ubetydelig og kan derfor ignoreres takket være hysteresen. Men når det er sagt, i tilfælde hvor indgangssignalniveauerne var over det hystereseberegnede interval (2,7V - 2,3V) kunne resultere i generering af supplerende svingende outputovergangssvar. For at afhjælpe dette kræves, at indstillingen af hystereseområdet udvides tilstrækkeligt til at afvise den inducerede forstyrrelse i den givne specifikke kredsløbsmodel. Afsnit 2.1 giver dig en løsning til bestemmelse af komponenter til fastlæggelse af tærsklerne i overensstemmelse med dine valgte applikationskrav. Ligninger (1) og (2) kan være en hjælp til at beslutte, hvilke modstande der ønskes at skabe hysteresetærskelspændingerne VH og VL. En enkelt værdi (RX) kræves for at blive valgt vilkårligt. Inden for denne illustration var RX bestemt til 100k for at hjælpe med at reducere strømforbrug. Rh blev beregnet til at være 575k, derfor blev den umiddelbare standardværdi 576k implementeret. Bekræftelsen for ligning (1) og (2) er præsenteret i bilag A. Rh / Rx = VL / VH - VL Vi tager eksemplet på et IC 741 batteriopladekredsløb og lærer, hvordan feedback-hysteresemodstanden gør det muligt for brugeren at indstille den fuldt opladede afbrydelse og genoprettelsen af lavt opladning af relæet med en spændingsforskel. Hvis hysteresen ikke blev introduceret, ville relæet hurtigt TÆNDE FRA ved afskæringsniveauet og forårsage et alvorligt problem med systemet. Spørgsmålet blev rejst af en af de dedikerede læsere af denne blog, Mr. Mike. Spørgsmål: 1) Hej dette kredsløb er meget geni! Men jeg har nogle spørgsmål om komparatorens opamps Hvorfor bruges 4,7 zenere til referencespændingen? Hvis vi ikke ønsker, at de 12 volt skal falde til under 11 for afladning, hvorfor så en så lav zener-værdi? Går feedback-modstanden til det virtuelle jordpunkt en 100K-modstand? Hvis ja, hvorfor blev denne værdi valgt? Tak for enhver hjælp! 2) Jeg undskylder også, jeg glemte at hvorfor er der 4,7 zenere ved baserne af BC 547 transistorer? 3) Også mit sidste spørgsmål til i dag til dette kredsløb. De røde / grønne indikations-LED'er hvordan lyser de op? Jeg mener, den røde LED er forbundet via sin modstand til toppen + skinnen, forbinder til output af OPAMP og går derefter ned i serie mod den grønne LED. Det ser ud til, at de begge ville være på samme tid, da de er i serie, i begge kredsløb. Har det noget at gøre med feedback-kredsløbet og den virtuelle jord? Åh, jeg tror, jeg kan se. Så når OPAMP er slukket, lyser den øverste røde LED Strøm går gennem feedback-modstanden (dermed dens 'on') til det virtuelle grundpunkt? Men hvordan slukkes den, når OPAMP'en har en output? Når OP AMP får en output, kan jeg se, at det går ned til den grønne LED, men hvordan slukkes den røde LED i denne tilstand derefter? Tak igen for enhver hjælp! Mit svar 4.7 er ikke en fast værdi, den kan også ændres til andre værdier, pin nr. 3 forudindstilling justerer og kalibrerer i sidste ende tærsklen i henhold til den valgte zener-værdi. Spørgsmål Så referencespændingen er zener er ved pin 2 (top view opamp) korrekt? 100K feedback modstanden og potten skaber hysterese værdi (hvilket betyder forskellen mellem pin 2 og 3 for at få opampen til at svinge højt til sin + skinnespænding)? Opampen i denne konfiguration forsøger altid at få ben 2 og 3 til at komme til den samme værdi via dens feedbackmodstand, korrekt (nul, da feedbackdeleren er @ 0 og pin 3 er @ jorden)? Jeg har set denne soloplader controller udført uden feed-back, bare ved hjælp af flere opamper med spændingsreferencestifter og en gryde på den anden. Jeg prøver bare at forstå, hvordan hysterese fungerer i dette tilfælde, jeg forstår ikke matematikken i dette kredsløb. Er 100k 10k forudindstillet feedback absolut nødvendig? I andre opamp-kredsløb bruger de ikke nogen tilbagemelding, bare brug dem i komparatorkonfigurationstilstand med ref-spænding ved inverteret / ikke-inverterende stift, og når en overskrides, svinger opampen til sin skinnespænding Hvad laver feed-backen? Jeg forstår opamp gain-formlen, i dette tilfælde er det 100k / 10k x spændingsforskel på POT-spændings (forudindstillet) værdi og 4,7 zener? Eller er dette en Schmidt-trigger type hysterese UTP LTP kredsløb Jeg får stadig ikke feedet tilbage med de 100k / 10k mest opamp-komparatorer, jeg har set, brug bare opampen i mætning, kunne du forklare, hvorfor feedback og gevinst for dette? Ok, jeg er bedøvet, at 10K-forudindstillingen bruges til at dele spændingen fra 12 volt-skinnen, ikke? Så når den forudindstillede værdi ifølge POT-viskeren er mere? end 4.7V zeneren, svinger vi opampen højt? får stadig ikke 100k feedback, og hvorfor den bruges i et komparatorkredsløb Mit svar Se figuren ovenfor for at forstå, hvordan feedbackmodstanden fungerer i et Opamp-kredsløb Jeg er sikker på, at du ved om, hvordan spændingsdelere fungerer? Så snart det fulde ladetærskel detekteres, i henhold til justeringen af pin nr. 3 forudindstillet bliver spændingen ved pin # 3 lige højere end pin nr. 2 zenerspænding, dette tvinger opampudgangen til at svinge til forsyningsniveauet fra sin tidligere nul volt .... hvilket betyder, at det skifter fra sige 0 til 14V med det samme. I denne situation kan vi antage nu, at feedbacken er forbundet mellem 'positiv forsyning' og pin # 3 ... når dette sker, begynder feedbackmodstanden at levere denne 14V til pin # 3, hvilket betyder, at den yderligere forstærker den forudindstillede spænding og tilføjer noget ekstra volt afhængigt af dens modstandsværdi, teknisk set betyder det, at denne feedback bliver parallel med den forudindstillede modstand, der er indstillet mellem dens midterarm og den positive arm. Så formod, at under overgangsstiften # 3 var 4,8V, og dette skiftede udgangen til forsyningsniveauet og tillod forsyningen at nå tilbage til pin # 3 gennem feedbackmodstanden, hvilket forårsagede, at stiften # 3 var lidt højere at sige ved 5V .... på grund af denne pin # 3 vil spænding tage længere tid at komme tilbage til under 4.7V zener-værdiniveauet, fordi det er hævet til 5V ... dette kaldes hysterese. Begge lysdioder vil aldrig lyse, fordi deres krydsning er forbundet med opamp nr. 6, som enten vil være ved 0V eller forsyningsspændingen, som sørger for, at enten den røde LED lyser eller den grønne, men aldrig sammen. Spørgsmål Tak fordi du besvarede alle mine spørgsmål, især den om feedbacken, der virker lidt avanceret konfiguration, så det er nyt for mig, at denne lavspændingsindstillingspunkt kredsløbsmulighed fungerer så godt 14 volt på den ikke inverterede, 12 volt zener på den inverterede referencepind. Når 14 VDC-skinnen faldt til 12, udløses opamp-output. Dette vil aktivere kredsløbets lavspændingsdel. I dit tilfælde er 10k potten bare at 'justere', 'opdele' eller bringe 14 volt skinnen til en spænding tættere på 4.7zener? Du styrer stadig 14 VDC. Jeg mener, når det først går til 11 VDC osv., Vil du have et forhold, der vil svinge opampen højt. hvis du udskiftede 4.7 med en anden zener-værdi, ville potdeleren oprette et nyt forhold, men potten følger stadig eller i forhold til skinnen 14 VDC? I stedet for at lægge 14VDC på en opamp-pin, slipper du den gennem en skillevæg, men forholdet styrer stadig et lille fald fra f.eks. 14VDC til 11 VDC gennem 10K potten, der falder til 4,7V? Jeg prøver bare at forstå, hvordan kredsløbet lukker 'spredningen' fra 11VDC (hvor vi vil have lavspændingsindstillingspunktet) og ref-spændingen på 4,7 vdc. de fleste af komparatorkredsløbene, jeg har set, har bare ref vdc ved pin 2, for eksempel 6 VDC. og en skinnespænding på f.eks. 12 VDC. Derefter opretter en gryde en skillevæg fra den skinne på 12VDC, falder til at sige 6 VDC gennem midtpunktet på skillevæggen. Når spændingen ved pin 3 nærmer sig ref 6 VDC @ pin 2, svinger opampen i henhold til dens konfiguration, (inverter eller ikke-inverter) Måske hvor jeg ødelægger, er her - i andre kredsløb, jeg har set på, antages skinnespændingen at være stiv, men i dette tilfælde vil den falde.Det er det fald (14VDC til 11VDC) forstyrrer 10K spændingsdeleren forhold? Og bruger du dette forhold til at henvise til 4.7 zener? så hvis du har 10K-potten i midterpositionen på 5 k, vil denne skillevæg sætte 14VDC til 7 VDC (R2 / R1 + R2), hvis 14-skinnen gik til 11 VDC, er mellemdelens midterposition nu 5,5, så det afhænger af, hvor viskeren er, begynder jeg at få den? Vi justerer bare viskeren, indtil 4.7 er i forhold til spændingsdeleren og det skinnefald, vi ønsker? så dette kredsløb bruger regelmæssige opamp-komparatorprincipper, men med den ekstra effekt af hystersis til lavspændingsindstillingspunktstyringen? Mit svar Ja du får det rigtigt. En 12V zener ville også fungere, men det ville få opampen til at skifte mellem 12V og 12,2V, feedback-systemet giver opampen mulighed for at skifte mellem 11V og 14.V, det er den største fordel ved at bruge en feedback hysteresemodstand. Tilsvarende i mit tilfælde, hvis feedbackmodstanden blev fjernet, ville opampen begynde at svinge ofte mellem 14,4V cut-off niveau og 14,2V tilbagevendende niveau. fordi i henhold til indstillingen af 10K forudindstillet ville opampen afbryde ved 14.4V, og så snart batterispændingen faldt med et par millivolt, ville opampen igen slukke, og dette ville fortsætte kontinuerligt og forårsage en konstant ON / OFF skifte af relæet. Imidlertid ville ovenstående situation være god, hvis et relæ ikke blev brugt, men der blev brugt en transistor. Spørgsmål Normalt er det, jeg ser i komparatorer, en fast spænding, som du har @ pin 2, normalt gennem en spændingsdeler eller zener osv., Så ved pin 3 en variabel spænding fra kilde - pot - jordkonfiguration med visker (pot) i midten og visker finder sætpunktet for pin 2. I dit tilfælde 4.7 fast zenerspænding og sving opampen omtrent til skinnerne, ifølge dens konfiguration, hvor dens forvirrende er, at 10K-viskeren i dit kredsløb er indstillet til 14,4 volt? Derefter skal det udløse 4,7 zeneren? Får jeg ikke kampen? Mit svar vi indstiller først den øvre tærskel, der er afskåret gennem potten, ved at levere 14,4 V fra en variabel strømforsyning med tilbagekoblingsmodstand frakoblet. når ovenstående er indstillet, forbinder vi en korrekt valgt hysteresemodstand i spalten og begynder derefter at reducere spændingen, indtil vi finder opampen slukke ved det ønskede lavere ordsprog 11V. dette sætter kredsløbet perfekt op. NU, før vi bekræfter dette praktisk, sørger vi for, at batteriet først er tilsluttet, og at der derefter er tændt for strømmen. dette er vigtigt, så strømforsyningen er i stand til at blive trukket ned af batteriniveauet og begynde med et niveau, der nøjagtigt svarer til batteriets afladningsniveau. det er alt, efter dette er det hele glat at sejle med opampen efter afskæringsmønsteret som angivet af brugeren. en anden vigtig ting er, at strømforsyningsstrømmen skal være omkring 1/10 af batteriet AH, så strømforsyningen i første omgang let kan trækkes ned af batteriniveauet. Spørgsmål Ja, jeg tænkte over det og uden hysteresen fungerede det ikke. Hvis jeg sætter en 7 zener ved pin 2, skal du indstille Vin @ pin 3 gennem en 5k spændingsdeler til at være 7 volt og et afladet batteri på kredsløbet, så snart batteriet blev opladet til 14 volt, ville relæet falde ind og træk lasten ind, men lasten vil straks falde 7 ved gryden ned, så relæet falder ud. Uden hysteresen kan jeg nu se, hvorfor jeg ikke ville arbejde, tak Mit svar Selv uden belastning vil batteriet aldrig klamre sig til 14,4V grænsen og straks forsøge at slå sig ned til omkring 12,9V eller 13V. Når opamp o / p svinger til (+), bliver det lige så godt som forsyningsskinnen, hvilket indebærer, at feedbackmodstanden bliver forbundet med forsyningsskinnen, hvilket yderligere indebærer, at pin nr. 3 udsættes for en separat parallel spænding ud over forudindstiller den øvre sektions modstand, der er forbundet med forsyningsskinnen. Denne ekstra spænding fra feedbacken får pin nr. 3 til at stige fra 4.7V til at sige 5V ... dette ændrer beregningen for pin3 / 2 og tvinger opampen til at forblive låst, indtil 5V er faldet til under 4.7v, hvilket kun sker når batterispændingen er faldet helt ned til 11V .... uden dette ville opampen have skiftet kontinuerligt mellem 14,4V og 14,2V Den følgende diskussion fortæller os om, hvad der er fuld opladningsspænding for blybatterier og hysterese betydning i batteriopladningssystemer. Spørgsmålene blev stillet af Mr. Girish Diskussion af parametre for batteriopladning Fuld opladning og hysterese Som en tommelfingerregel kan denne strøm være omkring Ah / 70, det er 50 til 100 gange mindre end batteriets AH-klassificering. For eksempel, hvis en opamp uden en hysteresefunktion er konfigureret til at overvåge en overopladningssituation i et batteriopladningssystem, så ved fuldt opladningsniveau, så snart det afbryder opladningstilførslen til batteriet, viser batteriet tendensen til at tabe sit spænding og forsøg at slå dig ned til en lavere position i spændingen. Du kan sammenligne det med at pumpe luft inde i et rør, så længe pumpetrykket er der, holder luften inde i røret, men så snart pumpningen er stoppet, begynder røret langsomt at tømme… det samme sker med batteriet. Når dette sker, vender opamp-inputreferencen tilbage, og dens output bliver bedt om at tænde for opladningen igen, hvilket endnu en gang skubber batterispændingen mod den højere afskæringsgrænse, og cyklussen gentager ……. denne handling skaber en hurtig skift af opamp-output ved fuld opladningstærskel. Denne tilstand anbefales normalt ikke i noget opamp-styret komparatorsystem, og dette kan give anledning til relæprat. For at forhindre dette tilføjer vi en hysteresemodstand på tværs af udgangsstiften og sensortasten på opampen, så opampen ved afskæringsgrænsen slukker for dens output og låses fast i den position, og medmindre og indtil sensing feed input virkelig er faldet til en usikker nedre grænse (hvor oamp-hysteresen ikke er i stand til at holde låsen), tænder opampen derefter igen. Hvis du er mere i tvivl om fuld opladningsspænding for blybatterier og hysterese betydning i batteriopladningssystemer, tøv ikke med at lægge dem ud gennem kommentarer.Komparator uden hysterese
Komparator med hysterese
Compartaor output med svingende input
Design af Hysteresis Comparator
Diskuterer hysterese med et praktisk eksempel
Hvorfor Reference Zener bruges
Hvorfor bruges feedbackmodstand
Hvad er hysterese
Sådan opsættes tærskel-trippunkterne
Hvad er fuld opladningsspænding og hysterese
Jeg har et par spørgsmål, der får mig til at ridse på hovedet:
1) Hvad er den fulde batterispænding for et standard blybatteri, ved hvilken spænding batteriet har brug for for at afskære opladeren. Hvad skal være flydeopladningsspændingen for et blybatteri.
2) Er hysteresemodstand afgørende i komparatorkredsløbet? uden det fungerer det ordentligt? Jeg har googlet og fundet mange forvirrende svar. Jeg håber du kan svare. Projekter er på vej.
Hilsen.
Hej Girish,
1) For et 12 V blybatteri er den fulde opladning fra strømforsyningen 14,3 V (afskæringsgrænse), flydende opladning kan være den laveste strøm ved denne spænding, hvilket forhindrer batteriet i at aflade sig selv og forhindrer også batteri fra overopladning.
Hysterese er påkrævet i opamps for at forhindre dem i at producere et svingende output (ON / OFF) som reaktion på et svingende input, der overvåges af opampen.
Forrige: Enfaset Jet Pump Controller Circuit Næste: Hvordan man laver et jordfugtighedstesterkredsløb med en enkelt IC 741
