A la majoria de circuits de carregador de bateries automàtics d’aquest bloc, és possible que hagueu vist un opamp amb una funció d’histèresi inclosa per a alguna funció crucial. El següent article explica la significació i les tècniques de disseny de la funció d’histèresi en circuits opamp.
Per saber exactament què és una histèresi, podeu consultar aquest article explica la histèresi mitjançant un exemple de relé
Principi de funcionament
La figura 2 mostra un disseny convencional per a un comparador sense emprar la histèresi. Aquesta disposició funciona mitjançant un divisor de tensió (Rx i Ry) per establir la tensió mínima del llindar.
El comparador avaluaria i compararia el senyal d’entrada o la tensió (Vln) amb la tensió llindar establerta (Vth).
La tensió d'alimentació d'entrada del comparador que es vol comparar està connectada a l'entrada d'inversió, com a resultat, la sortida presentarà una polaritat invertida.
Cada vegada que el Vin> Vth se suposa que la sortida s’acosta a l’oferta negativa (GND o lògica baixa per al diagrama mostrat). i quan Vln Aquesta senzilla solució us permet decidir si un senyal genuí, per exemple, la temperatura supera o no el límit determinant determinat. Tot i això, l’ús d’aquesta tècnica pot tenir un problema. La interferència en el senyal d’alimentació d’entrada podria causar canvis d’entrada per sobre i per sota del llindar establert, provocant un resultat de sortida inconsistent o fluctuant. La figura 3 il·lustra la resposta de sortida d’un comparador sense histèresi amb un patró de tensió d’entrada fluctuant. Tot i que la tensió del senyal d’entrada arriba al límit establert (per la xarxa divisora de tensió) (Vth = 2,5V), s’ajusta per sobre i per sota del llindar mínim en diverses instàncies. Com a resultat, la sortida fluctua massa d'acord amb l'entrada. En circuits reals, aquesta sortida inestable pot causar problemes desfavorables fàcilment. A tall d’il·lustració, penseu que el senyal d’entrada és un paràmetre de temperatura i la resposta de sortida és una aplicació crucial basada en la temperatura, que passa a ser interpretada per un microcontrolador. La resposta fluctuant del senyal de sortida pot no aportar una informació fidel al microcontrolador i pot produir resultats 'confusos' per al microcontrolador als nivells de llindar crucials. A més, imagineu que la sortida del comparador és necessària per accionar un motor o una vàlvula. Aquesta commutació inconsistent durant els límits del llindar podria obligar a activar / apagar la vàlvula o el motor moltes vegades durant les situacions de llindar crucials. Però una solució 'genial' mitjançant una modesta modificació del circuit de comparació us permet incloure la histèresi que al seu torn elimina completament la sortida nerviosa durant els canvis de llindar. La histèresi s'aprofita d'un parell de límits de voltatge llindar diferents per mantenir-se allunyat de les transicions fluctuants tal com es veu al circuit discutit. L'alimentació del senyal d'entrada ha de superar el llindar superior (VH) per generar un canvi d'una sortida baixa o per sota del límit de llindar inferior (VL) per canviar a una sortida alta. La figura 4 indica la histèresi en un comparador. La resistència Rh es bloqueja al llindar d’histèresi. Cada vegada que la sortida té una màxima lògica (5V), Rh es manté en paral·lel amb Rx. Això empeny el corrent addicional a Ry, elevant el límit de tensió límit (VH) a 2,7 V. El senyal d’entrada probablement haurà d’anar per sobre de VH = 2,7 V per demanar que la resposta de sortida passi a un nivell lògic baix (0V). Tot i que la sortida té una lògica baixa (0V), Rh es posa en paral·lel amb Ry. Això redueix el corrent a Ry, reduint el voltatge llindar a 2,3V. El senyal d’entrada voldrà baixar de VL = 2,3 V per ajustar la sortida a un màxim lògic (5 V). La figura 5 significa la sortida d’un comparador amb histèresi amb una tensió d’entrada fluctuant. Se suposa que el nivell de senyal d'entrada es desplaçarà per sobre del límit superior del llindar (VH = 2,7 V) perquè la sortida opamp baixi fins al mínim lògic (0 V). A més, el nivell de senyal d'entrada ha de moure's per sota del llindar inferior perquè la sortida opamp pugi sense problemes fins a la lògica alta (5V). La pertorbació d’aquest exemple pot ser insignificant i, per tant, es pot ignorar gràcies a la histèresi. Però tot i això, en els casos en què els nivells de senyal d’entrada estiguessin per sobre de l’interès calculat per histèresi (2,7 V - 2,3 V) es podria produir respostes de transició de sortida fluctuants complementàries. Per solucionar-ho, s’ha d’estendre el paràmetre del rang d’histèresi prou per descartar la pertorbació induïda en el model de circuit específic donat. La secció 2.1 us proporciona una solució per determinar components per fixar els llindars d’acord amb les demandes de l’aplicació seleccionades. Les equacions (1) i (2) poden ser útils per decidir les resistències que volen crear les tensions de llindar d’histèresi VH i VL. Cal escollir arbitràriament un valor únic (RX). Dins d’aquesta il·lustració, es va determinar que RX era de 100 k per ajudar a reduir el consum de corrent. Rh es va calcular que era de 575k, de manera que es va implementar el valor estàndard immediat 576k. La confirmació de les equacions (1) i (2) es presenta a l’apèndix A. Rh / Rx = VL / VH - VL Prenem l’exemple d’un circuit de carregador de bateries IC 741 i aprenem com la resistència d’histèresi de retroalimentació permet a l’usuari establir la càrrega completa tallada i la restauració de la càrrega baixa del relé a part per alguna diferència de voltatge. Si no s'introduïa la histèresi, el relé s'apagaria ràpidament al nivell de tall causant un greu problema amb el sistema. La pregunta va ser plantejada per un dels lectors dedicats a aquest bloc, el senyor Mike. Pregunta: 1) Hola, aquest circuit és molt genial! Però tinc algunes preguntes sobre els opamps del comparador Per què s’utilitzen 4,7 zeners per a la tensió de referència? Si no volem que els 12 volts caiguin per sota d’11 per descàrrega, per què un valor zener tan baix? La resistència de retroalimentació va al punt de terra virtual una resistència de 100 K? Si és així, per què es va escollir aquest valor? Gràcies per qualsevol ajuda. 2) A més, em disculpo, he oblidat per què hi ha 4.7 zeners a les bases dels transistors BC 547? 3) També la meva última pregunta per avui per aquest circuit. Els indicadors vermells / verds com s’encenen? Vull dir que el LED vermell està connectat a través de la seva resistència a la part superior + rail, es connecta a la sortida de l’OPAMP i després baixa en sèrie cap al LED verd. Semblaria que estarien tots dos activats alhora, ja que estan en sèrie, en ambdós circuits. Té alguna cosa a veure amb el circuit de retroalimentació i la terra virtual? Oh, crec que puc veure. Per tant, quan l’OPAMP està apagat, el LED vermell superior El corrent passa a través de la resistència de retroalimentació (per tant, està 'encès') fins al punt de terra virtual? Però, com s’apaga quan l’OPAMP té una sortida? Quan l’OP AMP obté una sortida, puc veure que baixa al LED verd, però, com en aquest estat, s’apaga el LED vermell? Gràcies de nou per qualsevol ajuda. La meva resposta 4.7 no és un valor fix, també es pot canviar per altres valors; el pin predeterminat # 3 ajusta i calibra el llindar segons el valor zener selecte. Pregunta Llavors, la tensió de referència és correcta al zener al pin 2 (vista superior opamp)? La resistència de retroalimentació 100K i el pot estan creant el fitxer valor d’histèresi (és a dir, la diferència entre el pin 2 i 3 per fer que l’opamp giri alt fins a la seva tensió + rail)? L’opamp d’aquesta configuració sempre intenta que els pins 2 i 3 arribin al mateix valor mitjançant la seva resistència de retroalimentació, correcte (zero, ja que el divisor de retroacció és @ 0 i el pin 3 és @ terra)? He vist aquest controlador de carregador solar sense la retroalimentació, només utilitzant diversos opamps amb pins de referència de tensió i una olla a l’altra. Intento entendre com funciona la histèresi en aquest cas. No entenc les matemàtiques d’aquest circuit. És imprescindible la retroalimentació predeterminada de 100k 10k? En altres circuits opamp, no utilitzen cap retroacció només els utilitzeu en mode de configuració de comparador amb tensió de ref en el pin invertit / no invertit i, quan se supera, l’opamp oscil·la al voltatge del seu rail Què fa el feed back? Entenc la fórmula de guany opamp, en aquest cas és 100k / 10k x diferència de voltatge del valor de tensió POT (predefinit) i 4,7 zener? O es tracta d’un tipus de disparador de Schmidt d’histèresi UTP LTP circuit Encara no recupero el feed amb els comparadors més opamp de 100k / 10k que he vist que només utilitzen l'opamp en saturació, podríeu explicar per què la retroalimentació i el guany per això? D'acord, estic burlant que el valor predeterminat de 10K s'utilitza per dividir el voltatge del carril de 12 volts, oi? Llavors, quan el seu valor predeterminat segons el netejador POT és més gran? que el zener de 4,7 V, fem pujar l’opamp? Encara no obté els comentaris de 100.000 i per què s'utilitza en un circuit de comparació La meva resposta Consulteu la figura d’exemple anterior per entendre com funciona la resistència de retroalimentació en un circuit Opamp Estic segur que coneixeu el funcionament dels divisors de tensió? Tan aviat com el complet es detecta el llindar de càrrega, segons l’ajust del pin # 3 preestablert, la tensió al pin # 3 passa a ser superior a la tensió zener del pin # 2, això obliga la sortida opamp a oscil·lar al nivell de subministrament des del seu zero volt anterior ... el que significa que canvia de 0 a 14V a l'instant. En aquesta situació, podem suposar que la retroalimentació està connectada entre el 'subministrament positiu' i el pin # 3 ... quan això passa, la resistència de retroalimentació comença a subministrar aquest 14V al pin # 3, el que significa que reforça encara més la tensió preestablerta i n'afegeix una mica volts addicionals depenent del seu valor de resistència, tècnicament això significa que aquesta retroalimentació es converteix en paral·lel a la resistència preestablerta que s’estableix entre el seu braç central i el braç positiu. Per tant, suposem que durant la transició el pin número 3 era de 4,8 V i això va canviar la sortida al nivell de subministrament i va permetre que el subministrament arribés al pin número 3 a través de la resistència de retroalimentació, cosa que va provocar que el pin número 3 fos una mica més elevat per exemple a 5V .... a causa d'aquest pin # 3, el voltatge trigarà a tornar a estar per sota del nivell de valor zener de 4,7 V perquè s'ha elevat a 5 V ... això s'anomena histèresi. Els dos LED mai no s’encenen perquè la seva unió està connectada amb el pin núm. 6 de l’opamp, que serà a 0V o al voltatge de subministrament, que assegurarà que el LED vermell s’encengui o el verd, però mai junts. Pregunta Gràcies per respondre a totes les meves preguntes, especialment la sobre els comentaris, que sembla una configuració una mica avançada, per la qual cosa és una novetat per a mi, aquesta opció de circuit de punt de baixa tensió funcionaria també de 14 volts en el zener no invertit, de 12 volts en l'inversor pin de referència. Una vegada que el carril de 14 VDC va caure a 12, la sortida opamp s'encén. Això activaria la part de baixa tensió del circuit. En el vostre cas, el pot de 10 k només s’està “ajustant”, “dividint” o portant el carril de 14 volts a una tensió més propera al 4.7zener? Segueu controlant els 14 V CC. Vull dir que una vegada que vagi a 11 VDC, etc., voleu una proporció que permeti fer créixer l’opamp. si substituís el 4.7 per un altre valor zener, el divisor de testos establiria una nova proporció, però el pot continua 'seguint' o en relació amb el rail 14 VDC? En lloc de posar 14VDC en un pin opamp, el deixeu caure a través d’un divisor, però la proporció continua controlant una petita caiguda des de 14VDC fins a 11 VDC a través del pot de 10K, que baixarà a 4,7V? Només intento entendre com el circuit tanca el 'spread' des de 11VDC (on volem que sigui el punt de consigna de baixa tensió) i el voltatge ref de 4,7 vdc. la majoria dels circuits de comparació que he vist només tenen el ref vdc al pin 2, per exemple 6 VDC. i una tensió ferroviària de 12 VDC. A continuació, una olla estableix un divisor a partir d’aquest carril de 12VDC, cau per dir 6 VDC a través del punt mitjà del divisor. Un cop la tensió del pin 3 s’acosta a la referència 6 VDC @ pin 2, l’opamp oscil·la segons la seva configuració (invertida o no invertida) Potser on estic desordenant és aquí, en altres circuits que he mirat, se suposa que la tensió del ferrocarril és rígida, però en aquest cas, baixarà La seva caiguda (de 14VDC a 11VDC) altera el divisor de tensió de 10K relació? I esteu fent servir aquesta relació per fer referència al zener 4.7? per tant, si teniu el pot de 10K a la seva posició mitjana de 5 k, aquest divisor fixaria el 14VDC a 7 VDC (R2 / R1 + R2) si el carril 14 anava a 11 VDC, la posició mitjana del divisor ara és de 5,5, depèn d'on estigui l'eixugaparabrises, estic començant a aconseguir-ho? Acabem d’ajustar l’eixugaparabrises fins que el 4.7 estigui en relació amb el divisor de tensió i la caiguda del carril que volem? per tant, aquest circuit utilitza principis regulars de comparació d’opamp, però amb l’afecte afegit de la histèresi per al control del punt de consigna de baixa tensió? La meva resposta Sí, ho estàs fent bé. Un zener de 12V també funcionaria, però això provocaria que l’opamp canviés entre 12V i 12,2V, el sistema feedaback permet que l’opamp canviï entre 11V i 14V, aquest és el principal avantatge d’utilitzar una resistència d’histèresi de retroalimentació. De la mateixa manera, en el meu cas, si s’elimina la resistència de retroalimentació, l’opamp començaria a oscil·lar freqüentment entre el nivell de tall de 14,4 V i el nivell de reversió de 14,2 V. perquè segons la configuració de la configuració predeterminada de 10K, l’opamp es tallaria a 14,4 V i tan bon punt la tensió de la bateria caigués uns quants mili-volts, l’opamp tornaria a apagar-se i això continuaria continuament provocant un ON / OFF constant commutació del relé. Tanmateix, la situació anterior estaria bé si no s’utilitzés un relé més aviat s’utilitzés un transistor. Pregunta Normalment, el que veig als comparadors és un voltatge fix com el que teniu al pin 2, normalment a través d’un divisor de tensió o zener, etc. i al pin 3 un voltatge variable de la configuració font-pot-terra amb eixugaparabrises (pot) al centre i l’eixugaparabrises trobarà el punt establert del pin 2. En el vostre cas, la tensió zener fixa 4.7 i gireu l'opamp aproximadament fins als seus rails, segons la seva configuració, on és confús que el netejador de 10K del vostre circuit estigui ajustat a 14,4 volts? Aleshores, se suposa que fa trencar el zener 4.7? No entenc el partit? La meva resposta primer establim el llindar superior tallat a través de l'olla subministrant 14,4 V d'una font d'alimentació variable amb resistència de retroacció desconnectada. un cop establert l’anterior, connectem una resistència d’histèresi seleccionada correctament a la ranura i, a continuació, comencem a reduir la tensió fins que trobem que l’opamp s’apaga al mínim desitjat, per exemple, 11V. això configura el circuit perfectament. ARA, abans de confirmar-ho pràcticament, ens assegurem que la bateria estigui primer connectada i que després s’encengui l’alimentació. això és important perquè la font d'alimentació sigui arrossegada pel nivell de la bateria i comenci amb un nivell exactament igual al nivell de descàrrega de la bateria. això és tot, després d'això, tot navega sense problemes amb l'opamp seguint el patró de tall establert per l'usuari. una altra cosa important és que, el corrent de la font d'alimentació ha d'estar al voltant de la 10a part de la bateria AH, de manera que la font d'alimentació es pugui arrossegar fàcilment pel nivell de la bateria inicialment. Pregunta Sí, ho estava pensant i sense la histèresi no funcionaria. Si poso un 7 zener al pin 2, estableixo el Vin @ pin 3 a través d’un divisor de tensió de 5 k a 7 volts i una bateria descarregada al circuit, tan bon punt la bateria es carregui a 14 volts, el relé cauria i estireu la càrrega, però la càrrega cauria el 7 a l'olla immediatament, de manera que el relé cauria. Sense la histèresi, ara puc veure per què no treballaria, gràcies La meva resposta Fins i tot sense càrrega, la bateria no s’enganxarà mai al límit de 14,4 V i instantàniament intentarà establir-se a uns 12,9 V o 13 V. Quan l’opamp o / p gira a (+) esdevé tan bo com el rail d’alimentació, la qual cosa implica que la resistència de retroalimentació s’uneix amb el rail d’alimentació, cosa que implica que el pin # 3 se sotmeti a una tensió paral·lela separada a més del preestableix la resistència de la secció superior que està connectada amb el rail d'alimentació. Aquest voltatge afegit de la retroalimentació fa que el pin # 3 pugi de 4,7 V a dir 5V ... això canvia el càlcul del pin3 / 2 i obliga a que l’opamp es mantingui tancat fins que el 5V hagi caigut per sota de 4,7v, cosa que només passa quan la tensió de la bateria ha baixat fins a 11V ... sense això, l’opamp hauria canviat contínuament entre 14,4V i 14,2V La discussió següent ens informa sobre el voltatge de càrrega total de les bateries de plom àcid i la importància de la histèresi en els sistemes de càrrega de les bateries. Les preguntes les va fer el senyor Girish Parlar dels paràmetres de càrrega de la bateria Tall de càrrega completa i histèresi Com a regla general, aquest corrent podria situar-se al voltant d’Ah / 70, és a dir, de 50 a 100 vegades menys que la classificació AH de la bateria. Per exemple, si un opamp sense una funció d’histèresi està configurat per controlar una situació de sobrecàrrega en un sistema de càrrega de la bateria, al nivell de càrrega total tan bon punt talli el subministrament de càrrega de la bateria, la bateria mostrarà la tendència a deixar caure tensió i intentar establir-se a una posició de tensió més baixa. Podeu comparar-lo amb el bombament d’aire dins d’un tub, sempre que hi hagi pressió de bombament, l’aire dins del tub es manté, però tan aviat com s’atura el bombament, el tub comença a desinflar-se lentament ... el mateix passa amb la bateria. Quan això succeeix, la referència d'entrada opamp es torna i es demana que la seva sortida torni a engegar la càrrega, cosa que empeny de nou la tensió de la bateria cap al llindar de tall més alt i el cicle es repeteix ... aquesta acció crea un canvi ràpid de la sortida opamp al llindar de càrrega completa. Normalment no es recomana aquesta condició en cap sistema de comparació controlat per opamp i això pot donar lloc a xerrades de retransmissió. Per evitar-ho, afegim una resistència d’histèresi a través del pin de sortida i el pin de detecció de l’opamp, de manera que en el límit de tall l’opamp tanca la sortida i es bloqueja en aquesta posició, tret que i fins a l’entrada d’alimentació de detecció. ha caigut realment fins a un límit inferior insegur (en què la histèresi oamp no és capaç de mantenir el pestell), l’opamp torna a engegar-se. Si teniu més dubtes sobre la tensió de càrrega completa de les bateries de plom àcid i la importància de la histèresi en els sistemes de càrrega de les bateries, no dubteu a publicar-les mitjançant comentaris.Comparador sense histèresi
Comparador amb histèresi
Sortida Compartaor amb entrada fluctuant
Disseny del comparador d’histèresi
Discutir la histèresi amb un exemple pràctic
Per què s’utilitza Reference Zener
Per què s’utilitza la resistència de retroalimentació
Què és la histèresi
Com es configuren els llindars de punts de viatge
Què és la tensió de càrrega completa i la histèresi
Tinc un parell de preguntes que em fan rascar-me el cap:
1) Quin és el voltatge total de la bateria per a una bateria estàndard de plom-àcid, a quina tensió ha de tallar la bateria del carregador. Quina ha de ser la tensió de càrrega flotant per a una bateria de plom àcid.
2) La resistència d’histèresi és crucial en el circuit de comparació? sense ell funcionarà correctament? He buscat a Google i he trobat moltes respostes confuses. Espero que pugueu respondre. Hi ha projectes en marxa.
Salutacions.
Hola Girish,
1) Per a una bateria de plom àcid de 12 V, la càrrega total de la font d'alimentació és de 14,3 V (límit de tall), la càrrega flotant pot ser la quantitat de corrent més baixa a aquesta tensió que impedeix que la bateria s'autodescarregui i també impedeixi la la sobrecàrrega de la bateria.
Es requereix la histèresi en opamps per evitar que produeixin una sortida fluctuant (ON / OFF) en resposta a una entrada fluctuant que està controlant l’opamp.
Anterior: Circuit de controlador de bomba de raig monofàsic Següent: Com fer un circuit de verificació d’humitat del sòl amb un únic IC 741
