Vo väčšine obvodov s automatickými nabíjačkami batérií v tomto blogu ste možno videli operačný zosilňovač s funkciou hysterézy pre niektoré dôležité funkcie. Nasledujúci článok vysvetľuje význam a návrhové techniky pre hysteréznu funkciu v obvodoch operačného zosilňovača.
Ak sa chcete dozvedieť, čo presne je hysterézia, môžete sa pozrieť na tento článok vysvetľuje hysteréziu na príklade relé
Princíp činnosti
Obrázok 2 demonštruje konvenčné usporiadanie komparátora bez použitia hysterézie. Toto usporiadanie funguje pomocou deliča napätia (Rx a Ry) na stanovenie minimálneho prahového napätia.
Komparátor by vyhodnotil a porovnal vstupný signál alebo napätie (Vln) s nastaveným prahovým napätím (Vth).
Vstupné napájacie napätie komparátora, ktoré sa má porovnávať, je pripojené k invertujúcemu vstupu, takže výstup bude mať inverznú polaritu.
Zakaždým, keď sa Vin> Vth, má výstup priblížiť k zápornému napájaniu (GND alebo logická nízka pre zobrazený diagram). a keď Vln Toto ľahké riešenie vám umožňuje rozhodnúť sa, či je alebo nie je skutočný signál, napríklad teplota, nad daným rozhodujúcim medzným limitom. Aj napriek tomu môže mať použitie tejto techniky ťažkosti. Rušenie vstupného napájacieho signálu by mohlo potenciálne spôsobiť prepnutie vstupu nad a pod nastavenú prahovú hodnotu, čo by viedlo k nekonzistentným alebo kolísavým výstupným výsledkom. Obrázok 3 zobrazuje výstupnú odozvu komparátora bez hysterézie s kolísajúcim vzorom vstupného napätia. Zatiaľ čo napätie vstupného signálu dosahuje stanovenú hranicu (sieťou s deličom napätia) (Vth = 2,5 V), v mnohých prípadoch upravuje nad aj pod minimálnu prahovú hodnotu. Výsledkom je, že výstup tiež kolíše v súlade so vstupom. V skutočných obvodoch môže tento nestabilný výstup ľahko spôsobiť nepriaznivé problémy. Pre ilustráciu si predstavte, že vstupný signál je teplotný parameter a výstupná odozva je rozhodujúcou aplikáciou založenou na teplote, ktorú interpretuje mikrokontrolér. Kolísajúca odozva výstupného signálu nemusí mikrokontroléru prispieť k verným informáciám a mohla by pre mikrokontrolér priniesť „mätúce“ výsledky na rozhodujúcich prahových úrovniach. Ďalej si predstavte, že výstup komparátora je potrebný na prevádzku motora alebo ventilu. Toto nekonzistentné prepínanie počas prahových limitov by mohlo v rozhodujúcich prahových situáciách vynútiť mnohokrát zapnutie / vypnutie ventilu alebo motora. Ale „chladné“ riešenie prostredníctvom skromnej zmeny v komparátorovom obvode vám umožňuje zahrnúť hysteréziu, ktorá zase úplne eliminuje nervózny výstup pri zmene prahovej hodnoty. Hysterézia využíva niekoľko odlišných limitov prahového napätia, aby zostala zreteľná od kolísajúcich prechodov, ako je to vidieť v diskutovanom obvode. Napájanie vstupného signálu musí ísť nad hornú prahovú hodnotu (VH), aby sa vygenerovalo prepnutie na nízky výkon, alebo pod dolnú nastavenú prahovú hranicu (VL), aby sa prepol na vysoký výstup. Obrázok 4 ukazuje hysterézu na komparátore. Rezistor Rh sa zablokuje na prahovej úrovni hysterézie. Zakaždým, keď je výstup na logicky vysokej hodnote (5 V), zostáva Rh paralelne s Rx. Toto tlačí ďalší prúd do Ry a zvyšuje prahové limitné napätie (VH) na 2,7 V. Pravdepodobne bude potrebné, aby vstupný signál prekročil hodnotu VH = 2,7 V, aby sa vyvolala výstupná odozva na prechod na logicky najnižšiu hodnotu (0 V). Zatiaľ čo výstup je na logicky nízkej hodnote (0 V), Rh je nastavený paralelne s Ry. Tým sa zníži prúd na Ry, čím sa prahové napätie zníži na 2,3 V. Vstupný signál bude chcieť klesnúť pod VL = 2,3 V, aby sa výstup ustálil na logicky vysokej hodnote (5 V). Obrázok 5 označuje výstup komparátora s hysteréziou s kolísavým vstupným napätím. Úroveň vstupného signálu sa má pohybovať cez vyššiu prahovú hranicu (VH = 2,7 V), aby výstup operačného zosilňovača skĺzol na logicky nízku hodnotu (0V). Úroveň vstupného signálu sa tiež musí pohybovať pod spodnou prahovou hodnotou pre výstup operačného zosilňovača, aby sa hladko vyšplhala na logicky vysokú hodnotu (5 V). Rušenie v tomto príklade môže byť zanedbateľné a preto ho možno ignorovať vďaka hysterézii. Ale v tomto prípade by v prípadoch, keď úrovne vstupného signálu boli nad vypočítaným rozsahom hysterézie (2,7 V - 2,3 V), mohlo dôjsť k vytvoreniu ďalších fluktuujúcich reakcií výstupu na prechod. Aby sa to napravilo, je potrebné dostatočne rozšíriť nastavenie hysterézneho rozsahu, aby sa vylúčila indukovaná porucha v danom konkrétnom modeli obvodu. Oddiel 2.1 vám poskytuje riešenie na určovanie komponentov na stanovenie prahových hodnôt v súlade s vašimi vybranými požiadavkami na aplikáciu. Rovnice (1) a (2) môžu pomôcť pri rozhodovaní o rezistoroch, ktoré si želajú vytvoriť prahové hodnoty hysterézie VH a VL. Je potrebné svojvoľne vybrať jednu hodnotu (RX). V rámci tejto ilustrácie bola hodnota RX určená na 100 000, aby pomohla znížiť prúdový odber. Rh bolo vypočítané na 575k, podľa toho bola implementovaná okamžitá štandardná hodnota 576k. Potvrdenie pre rovnice (1) a (2) je uvedené v prílohe A. Rh / Rx = VL / VH - VL Vezmeme si príklad obvodu nabíjačky batérií IC 741 a naučíme sa, ako spätnoväzbový hysterézny rezistor umožňuje užívateľovi nastaviť prerušenie plného nabitia a obnovenie nízkeho nabitia relé od seba pomocou rozdielu napätia. Ak by sa nezaviedla hysterézia, relé by sa rýchlo vyplo na úroveň vypnutia, čo by spôsobilo vážny problém v systéme. Túto otázku položil jeden z oddaných čitateľov tohto blogu, pán Mike. Otázka: 1) Ahoj, tento okruh je veľmi geniálny! Ale mám nejaké otázky ohľadne porovnávacích opampov Prečo sa pre referenčné napätie používa 4,7 zenerov? Ak nechceme, aby 12 voltov kleslo pod 11 kvôli vybitiu, prečo taká nízka Zenerova hodnota? Je odpor spätnej väzby k virtuálnemu zemnému bodu 100K odpor? Ak áno, prečo bola zvolená táto hodnota? Ďakujem za každú pomoc! 2) Tiež sa ospravedlňujem, zabudol som, prečo je na základniach tranzistorov BC 547 4,7 zenerov? 3) Tiež moja posledná dnešná otázka pre tento okruh. Ako svietia červené / zelené indikačné LED? Myslím tým, že červená LED je pripojená cez svoj odpor na hornú + lištu, pripája sa na výstup OPAMPu a potom klesá do série smerom k zelenej LED. Zdalo by sa, že by boli zapnuté obe súčasne, pretože sú v sérii, v obidvoch okruhoch. Má to niečo spoločné s obvodom spätnej väzby a virtuálnym uzemnením? Ach myslím, že to možno uvidím. Takže keď je OPAMP vypnutý, horná červená LED Prúd prechádza cez spätnoväzbový rezistor (teda je zapnutý) do virtuálneho zemného bodu? Ako sa to však vypne, keď má OPAMP výstup? Keď OP AMP dostane výstup, vidím, že klesá k zelenej LED, ale ako sa potom v tomto stave vypne červená LED? Ešte raz ďakujeme za každú pomoc! Moja odpoveď 4.7 nie je pevná hodnota, dá sa zmeniť aj na iné hodnoty, predvoľba kolíka # 3 nakoniec upraví a kalibruje prahovú hodnotu podľa zvolenej zenerovej hodnoty. Otázka Takže referenčné napätie je zenerovo na kolíku 2 (operačný pohľad zhora) správne? 100K spätnoväzbový rezistor a banka vytvárajú hodnota hysterézie (to znamená, že je rozdiel medzi pinmi 2 a 3, aby sa operačný zosilňovač otočil vysoko na svoje + železničné napätie)? Operačný zosilňovač v tejto konfigurácii sa vždy snaží dosiahnuť, aby piny 2 a 3 dosiahli rovnakú hodnotu prostredníctvom svojho spätnoväzbového rezistora, správne (nula, pretože delič spätnej väzby je @ 0 a pin 3 je @ zem)? Videl som tento regulátor solárnej nabíjačky hotový bez spätnej väzby, len s použitím niekoľkých opampov s napäťovými referenčnými kolíkmi a bankou na tom druhom. Len sa snažím pochopiť, ako v tomto prípade funguje hysterézia, nerozumiem matematike v tomto obvode. Je 100k 10k prednastavená spätná väzba absolútne nevyhnutná? V iných obvodoch operačného zosilňovača nepoužívajú žiadnu spätnú väzbu, iba ich používajú v režime konfigurácie komparátora s ref napätím na invertnom / neinvertujúcom kolíku, a keď je jeden prekročený, operačný zosilňovač sa prepne na svoje koľajové napätie Čo robí spätná väzba? Rozumiem vzorcu zosilnenia zosilňovača, v tomto prípade je to 100k / 10k x rozdiel napätia hodnoty POT napätia (prednastavené) a 4,7 zenerov? Alebo je to Schmidtov spúšťací typ hysterézneho UTP LTP obvodu Stále nedostávam spätnú väzbu s 100k / 10k väčšinou komparátorov operačných zosilňovačov, ktoré som videl, len používam operačný zosilňovač v saturácii, mohli by ste vysvetliť, prečo za to stojí spätná väzba a zisk? Ok, som zmätený, 10K predvoľba sa používa na rozdelenie napätia z 12voltovej koľajnice, je to tak? Takže keď je jeho prednastavená hodnota podľa POT stierača viac? než 4,7 V zenerov, sklopíme operačný zosilňovač vysoko? stále nedostávam spätnú väzbu 100k a prečo sa používa v komparátorovom obvode Moja odpoveď Na vyššie uvedenom príklade sa dozviete, ako funguje spätnoväzbový rezistor v obvode Opamp Som si istý, že viete o tom, ako fungujú rozdeľovače napätia? Hneď ako naplno je detekovaný prah nabíjania, pretože podľa nastavenia predvoľby kolíka # 3 je napätie na kolíku # 3 len vyššie ako zenerove napätie kolíku # 2, čo núti výstup operačného zosilňovača, aby sa posunul na úroveň napájania z predchádzajúceho nulového voltu .... čo znamená, že sa okamžite zmení z povedzme 0 na 14 V. V tejto situácii môžeme teraz predpokladať, že spätná väzba je prepojená medzi „kladným napájaním“ a pinom # 3 ... keď k tomu dôjde, spätnoväzbový rezistor začne dodávať týchto 14 V na pin # 3, čo znamená, že ďalej posilňuje prednastavené napätie a pridáva nejaké extra volty v závislosti od jeho hodnoty odporu, technicky to znamená, že táto spätná väzba sa stáva paralelne s prednastaveným odporom, ktorý je nastavený medzi jeho stredovým ramenom a kladným ramenom. Predpokladajme teda, že počas prechodu bol pin # 3 4,8 V, čo preplo výstup na úroveň napájania a umožnilo napájaniu dosiahnuť späť na pin # 3 cez spätnoväzbový rezistor, čo spôsobilo, že pin # 3 bol o niečo vyšší, povedzme pri 5 V .... kvôli tomuto kolíku # 3 bude napätie trvať dlhšie, kým sa vráti pod úroveň Zenerovej hodnoty 4,7 V, pretože bola zvýšená na 5 V ... toto sa nazýva hysterézia. Obe LED diódy sa nikdy nerozsvietia, pretože ich spojenie je spojené s pinom # 6 operačného zosilňovača, ktorý bude buď na 0 V, alebo s napájacím napätím, ktoré zabezpečí, že sa rozsvieti červená LED alebo zelená, ale nikdy spolu. Otázka Ďakujem vám za odpoveď na všetky moje otázky, najmä na otázku týkajúcu sa spätnej väzby, ktorá sa javí ako trochu pokročilá konfigurácia, takže pre mňa je nová možnosť, že by táto voliteľná obvodová hodnota nízkeho napätia fungovala rovnako 14 voltov na inverziu, 12 voltov zenerova na inverzii referenčný kolík. Akonáhle 14 VDC koľajnica klesne na 12, výstup zosilňovača zosilňovača sa vypne. To by aktivovalo nízkonapäťovú časť obvodu. Vo vašom prípade 10k pot iba „upravuje“, „rozdeľuje“ alebo privádza 14voltovú lištu na napätie bližšie k 4,7 zeneru? Stále ovládate 14 VDC. Myslím, že akonáhle to ide na 11 VDC atď., Chcete pomer, ktorý zvýši operačný zosilňovač vysoko. ak by ste vymenili 4.7 za inú zenerovu hodnotu, rozdeľovač hrnca by nastavil nový pomer, ale hrniec stále „sleduje“ alebo je v pomere s koľajnicou 14 VDC? Namiesto toho, aby ste vložili 14VDC na jeden pin operačného zosilňovača, prepúšťate ho cez rozdeľovač, ale pomer stále ovláda malý pokles z povedomia 14VDC na 11 VDC cez 10K hrnec, ktorý poklesne na 4,7V? Len sa snažím pochopiť, ako obvod uzatvára „šírenie“ z 11VDC (kde chceme, aby bola nastavená hodnota nízkeho napätia) a ref. Napätie 4,7 vdc. väčšina obvodov komparátora, ktoré som videl, má iba ref vdc na pine 2, napríklad 6 VDC. a napätie koľajnice povedzme 12 VDC. Potom hrniec nastaví rozdeľovač z tejto koľajnice 12VDC, poklesne povedzme na 6 VDC cez stredný bod rozdeľovača. Akonáhle sa napätie na pin 3 priblíži k ref 6 VDC @ pin 2, operačný zosilňovač sa zmení podľa svojej konfigurácie (invertný alebo neinvertovaný) Možno tam, kde to pokazím, je tu - v iných obvodoch, na ktoré som sa pozrel, sa predpokladá, že napätie na železnici je tuhé, ale v tomto prípade to klesne. Jeho pokles (14 V ss. Na 11 V ss.) Naruší 10K delič napätia. pomer? A používate tento pomer na porovnanie 4,7 zenerovej hodnoty? takže ak máte hrniec 10K v jeho strednej polohe 5 k, tento rozdeľovač by nastavil 14 VDC na 7 VDC (R2 / R1 + R2), ak by koľajnica 14 prešla na 11 VDC, stredná poloha rozdeľovača je teraz 5,5, takže záleží od toho, kde je stierač, začínam to dostávať? Iba nastavujeme stierač, kým nie je hodnota 4,7 v pomere k rozdeľovaču napätia a požadovanému poklesu koľajnice? takže tento obvod používa bežné princípy komparátora operačného zosilňovača, ale s dodatočným účinkom hysterézy na riadenie nastavenej hodnoty nízkeho napätia? Moja odpoveď Áno, chápete to správne. Zener 12V by tiež fungoval, ale to by spôsobilo prepínanie operačného zosilňovača medzi 12V a 12,2V, systém feedaback umožňuje prepínanie operačného zosilňovača medzi 11V a 14V, to je hlavná výhoda použitia odporu spätnej hysterézie. Podobne v mojom prípade, ak by bol odstránený spätnoväzbový rezistor, operačný zosilňovač by začal často oscilovať medzi hraničnou úrovňou 14,4 V a vratnou úrovňou 14,2 V. pretože podľa nastavenia 10K predvoľby by sa operačný zosilňovač vypol pri 14,4 V a akonáhle napätie batérie kleslo o niekoľko milivoltov, operačný zosilňovač by sa opäť vypol, a to by trvalo pokračovalo, čo by spôsobilo neustále zapnutie / vypnutie spínanie relé. Vyššie uvedená situácia by však bola v poriadku, keby sa nepoužilo relé, ale skôr tranzistor. Otázka Normálne to, čo vidím v komparátoroch, je pevné napätie, ktoré máte @ pin 2, zvyčajne cez delič napätia alebo zener, atď., Potom na kolíku 3 variabilné napätie zo zdroja - pot - zem konfigurácia so stieračom (pot) v strede a stierač nájde nastavenú hodnotu kolíka 2. Vo vašom prípade 4,7 pevného zenerovho napätia a operačný zosilňovač otočte približne na jeho koľajnice, podľa jeho konfigurácie je mätúce, že 10K stierač vo vašom obvode je nastavený na 14,4 voltov? Potom to má byť 4,7 zenera? Nechápem zápas hore? Moja odpoveď najskôr sme nastavili hornú prahovú hodnotu prerušenú cez hrniec napájaním 14,4 V z variabilného zdroja napájania s odpojeným spätnoväzbovým rezistorom. akonáhle je vyššie uvedené nastavené, pripojíme správne vybraný hysterézny rezistor do slotu a potom začneme znižovať napätie, kým nenájdeme vypnutie operačného zosilňovača na požadovanej spodnej hodnote 11V. toto nastaví obvod perfektne. TERAZ, skôr ako to prakticky potvrdíme, uistite sa, že je najskôr pripojená batéria a až potom je zapnuté napájanie. je to dôležité, aby sa napájací zdroj dokázal stiahnuť z úrovne nabitia batérie a začať s úrovňou, ktorá sa presne rovná úrovni vybitia batérie. to je všetko, potom je to už všetko hladké plavenie s operačným zosilňovačom sledujúcim medzný vzor nastavený používateľom. Ďalšou dôležitou vecou je, že prúd napájacieho zdroja musí byť asi 1/10 batérie AH, aby sa napájací zdroj mohol ľahko stiahnuť zo začiatku na úroveň nabitia batérie. Otázka Áno, premýšľal som nad tým a bez hysterézy by to nešlo. Ak umiestnim 7 zenerov na pin 2, nastavím Vin @ pin 3 cez 5k rozdeľovač napätia na 7 voltov a vybitú batériu v obvode, hneď ako sa batéria nabije na 14 voltov, relé spadne a zatiahnite záťaž, ale zaťaženie by okamžite znížilo 7 pri banku, takže by vypadlo relé. Bez hysterézie už vidím, prečo by som nepracoval, vďaka Moja odpoveď Aj bez zaťaženia sa batéria nikdy neuchytí na hranici 14,4 V a okamžite sa pokúsi vyrovnať na hodnotu okolo 12,9 V alebo 13 V. Keď sa operačný zosilňovač o / p zmení na (+), stane sa rovnako dobrým ako napájacia lišta, čo znamená, že spätnoväzbový rezistor sa spojí s napájacou lištou, čo ďalej znamená, že pin # 3 je okrem prednastavuje odpor hornej časti, ktorý je spojený s napájacou lištou. Toto pridané napätie zo spätnej väzby spôsobí, že pin # 3 stúpne zo 4,7 V na 5 V ... to zmení výpočet pre pin 3/2 a prinúti operačný zosilňovač zostať zablokovaný, kým 5 V neklesne pod 4,7 V, čo sa stane iba keď napätie batérie kleslo na 11 V .... bez tohto by operačný zosilňovač musel neustále prepínať medzi 14,4 V a 14,2 V Nasledujúca diskusia nám hovorí o tom, aké je plné nabíjacie napätie pre olovené batérie a význam hysterézie v systémoch nabíjania batérií. Otázky kládol pán Girish Diskutovanie o parametroch nabíjania batérie Plné prerušenie nabíjania a hysterézia Ako pravidlo by sa tento prúd mohol pohybovať okolo Ah / 70, čo je 50 až 100-krát menej ako AH hodnotenie batérie. Napríklad, ak je operačný zosilňovač bez funkcie hysterézie nakonfigurovaný na monitorovanie situácie prebitia v systéme nabíjania batérie, potom pri úplnom nabití, akonáhle preruší nabíjanie batérie, bude batéria vykazovať tendenciu klesať napätia a pokúsiť sa usadiť do nejakej polohy s nižším napätím. Môžete to porovnať s čerpaním vzduchu do trubice, pokiaľ je v nej pumpovaný tlak, vzduch vo vnútri trubice drží, ale akonáhle je čerpanie zastavené, trubica začne pomaly vyfukovať ... to isté sa deje s batériou. Ak k tomu dôjde, referenčná hodnota vstupného signálu operačného systému sa vráti späť a jeho výstup je vyzvaný k opätovnému zapnutiu nabíjania, ktoré opäť posúva napätie batérie smerom k vyššej medznej hodnote a cyklus sa opakuje ... táto akcia vytvorí rýchle prepnutie výstupu operačného zosilňovača na prah plného nabitia. Táto podmienka sa zvyčajne neodporúča v žiadnom komparačnom systéme riadenom operačným zosilňovačom, čo by mohlo viesť k chatovaniu relé. Aby sme tomu zabránili, pridáme hysterézny rezistor na výstupný kolík a snímací kolík operačného zosilňovača, takže pri medznej hranici operačný zosilňovač vypne svoj výstup a zafixuje sa v tejto polohe, pokiaľ a až do vstupu napájacieho snímania skutočne klesol na nebezpečnú dolnú hranicu (pričom hysterézia oampu nie je schopná udržať západku), operačný zosilňovač sa potom znovu zapne. Ak máte ďalšie pochybnosti týkajúce sa plného nabíjacieho napätia olovených batérií a významu hysterézie v nabíjacích systémoch batérií, neváhajte ich zverejniť prostredníctvom komentárov.Komparátor bez hysterézie
Komparátor s hysteréziou
Výstup Compartaor s kolísavým vstupom
Návrh hysterézneho komparátora
Diskusia o hysterézii pomocou praktického príkladu
Prečo sa používa Reference Zener
Prečo sa používa odpor spätnej väzby
Čo je to hysterézia
Ako nastaviť hraničné vypínacie body
Čo je plné nabíjacie napätie a hysterézia
Mám pár otázok, kvôli ktorým ma škriabe hlava:
1) Aké je úplné napätie batérie pre štandardnú olovo-kyselinovú batériu, pri akom napätí musí byť batéria odpojená od nabíjačky. Aké musí byť udržovacie nabíjacie napätie pre olovený akumulátor.
2) Je hysterézny rezistor rozhodujúci v komparátorovom obvode? bez toho to bude fungovať správne? Vygooglil som si a našiel som veľa mätúcich odpovedí. Dúfam, že mi odpoviete. Projekty sú na ceste.
S pozdravom.
Ahoj Girish,
1) Pre olovenú batériu s napätím 12 V je úplné nabitie zo zdroja napájania 14,3 V (medzný limit), float nabíjanie môže byť najnižšie množstvo prúdu pri tomto napätí, ktoré zabraňuje samovybíjaniu batérie a tiež zabraňuje batéria z nadmerného nabíjania.
Hysterézia je vyžadovaná u operačných zosilňovačov, aby sa im zabránilo produkovať kolísavý výstup (ON / OFF) v reakcii na kolísavý vstup, ktorý je monitorovaný operačným zosilňovačom.
Dvojica: Jednofázový riadiaci obvod prúdového čerpadla Ďalej: Ako vytvoriť obvod testeru vlhkosti pôdy pomocou jediného IC 741
