ฉันจะทำให้เครื่องมือเปรียบเทียบ opamp ทำงานในโหมด schmitt-trigger ได้อย่างไร

ฉันต้องการควบคุมพัดลมตัวเรือน 12V ขนาดเล็ก ฉันจะตั้งค่า R ₁ , R ₂และ R ₃เพื่อให้พัดลมทำงานเหนืออุณหภูมิ 40 ^o C

ฉันเข้าใจว่าในระบบประเภทนี้จะมีภูมิภาคเด็ดขาดที่เอาท์พุทตัวเปรียบเทียบจะเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วระหว่างสูงและต่ำ ในกรณีที่ใช้งานได้จริงเมื่ออุณหภูมิอยู่ในบริเวณใกล้เคียง 40 ^o C จะมีพฤติกรรมที่ไม่เสถียร

มีวิธีใดที่ทำให้วงจรนี้ทำงานในโหมดทริกเกอร์ schmitt (เช่นหยุดภายใต้ 38 ^o C, เริ่มต้นที่ 42 ^o C และรักษาสถานะก่อนหน้าระหว่าง 38 ^o C และ 42 ^o C) โดยการเปลี่ยนให้น้อยที่สุดและ โดยไม่ต้องใช้เกตตรรกะทริกเกอร์ใด ๆ ของ schmitt

เพื่อสร้าง Schmitt-trigger คุณจะต้องให้ข้อเสนอแนะในเชิงบวกตั้งแต่เอาต์พุตของ opamp ไปจนถึงอินพุตที่ไม่แปลงกลับ โดยปกติอินพุตนี้จะเป็นแรงดันขีด จำกัด และจะใช้หนึ่งในสองค่า (นั่นคือฮิสเทรีซิส) ขึ้นอยู่กับเอาต์พุตของ opamp

ในกรณีของคุณคุณมีสัญญาณในอินพุทที่ไม่กลับด้าน คุณสามารถทำให้มันทำงานได้ด้วยวิธีนี้ แต่ฉันขอแนะนำให้คุณสลับทั้งอินพุตและสลับ R1 และ PTC ยังคงทำงานเหมือนเดิม: ความต้านทาน PTC ที่สูงขึ้นจะลดอินพุตอินเวอร์เตอร์และเมื่อถึงระดับที่พัดลมจะถึง เปิด. ลองทำอย่างนั้นและเพิ่ม R5 จากเอาต์พุตไปยังโหนด R2 / R3

คุณพูดถึง hysteresis ใน° C แต่เราต้องการแรงดันไฟฟ้า ลองทำการคำนวณเชิงทฤษฎีด้วย a$V_H$ และ $V_L$เป็นเกณฑ์และถือว่า opamp เอาท์พุททางรถไฟถึงรถไฟ จากนั้นเรามีสองสถานการณ์: ระดับสูงและระดับต่ำและตัวแปรสามตัว: R2, R3 และ R5 ที่เพิ่มเข้ามา ดังนั้นเราสามารถเลือกตัวต้านทานตัวใดตัวหนึ่งได้แล้วลองแก้ไข R2

ตอนนี้ใช้ KCL (กฎหมายปัจจุบันของ Kirchhoff) สำหรับโหนด R2 / R3 / R5:

$\dfrac{12 V - V_L}{R3} + \dfrac{0 V - V_L}{R5} = \dfrac{V_L}{R2}$

และ

$\dfrac{12 V - V_H}{R3} + \dfrac{12 V - V_H}{R5} = \dfrac{V_H}{R2}$

นี่คือชุดของสมการเชิงเส้นในสองตัวแปร: R3 และ R5 ซึ่งง่ายต่อการแก้ไขถ้าคุณสามารถเติมแรงดันไฟฟ้าจริงสำหรับ $V_H$ และ $V_L$ และ R2 ที่เลือกอย่างอิสระ

มาเพื่อการโต้แย้งสมมติว่าที่ 38 ° C คุณมี 6 V ที่อินพุทอินเวอร์ติงและที่ 42 ° C คุณจะมี 5 V. ลองเลือก 10 k$\Omega$ค่าสำหรับ R2 จากนั้นสมการข้างต้นกลายเป็น

$\begin{cases} \dfrac{12 V - 5 V}{R3} + \dfrac{0 V - 5 V}{R5} = \dfrac{5 V}{10 k\Omega} \\ \\ \\ \dfrac{12 V - 6 V}{R3} + \dfrac{12 V - 6 V}{R5} = \dfrac{6 V}{10 k\Omega} \end{cases}$

หรือ

$\begin{cases} \dfrac{7 V}{R3} - \dfrac{5 V}{R5} = \dfrac{5 V}{10 k\Omega} \\ \\ \\ \dfrac{6 V}{R3} + \dfrac{6 V}{R5} = \dfrac{6 V}{10 k\Omega} \end{cases}$

หลังจากนั้นเราก็พบว่ามีการเปลี่ยนและสับเปลี่ยน

$\begin{cases} R3 = 12 k\Omega \\ R5 = 60 k\Omega \end{cases}$

ฉันบอกไปแล้วว่ามันเป็นเรื่องธรรมดาน้อยกว่า แต่คุณยังสามารถใช้แผนผังปัจจุบันและการคำนวณก็คล้ายกัน อีกครั้งเพิ่มตัวต้านทานข้อเสนอแนะ R5 ระหว่างเอาท์พุทและอินพุทที่ไม่ใช่กลับด้าน ตอนนี้อินพุตอ้างอิงได้รับการแก้ไขโดยอัตราส่วน R2 / R3 และฮิสเทรีซิสจะเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ของคุณขึ้นและลงอย่างน้อยสำหรับฉัน - ต้องการบางอย่างที่คุ้นเคย

สมมุติว่าเราแก้ไขแรงดันอ้างอิงที่ 6 V โดยทำให้ R2 และ R3 เท่ากัน เราคำนวณกระแสอีกครั้งที่โหนด PTC / R1 / R5 โดยที่ PTC$_L$ และ PTC$_H$ค่า PTC ที่ 38 ° C และ 42 ° C resp. และ R1 และ R5 เป็นสิ่งที่เราไม่ทราบ แล้วก็

$\begin{cases} \dfrac{6 V}{PTC_H} = \dfrac{12 V - 6 V}{R1} + \dfrac{0 V - 6 V}{R5} \\ \\ \\ \dfrac{6 V}{PTC_L} = \dfrac{12 V - 6 V}{R1} + \dfrac{12 V - 6 V}{R5} \end{cases}$

แก้ปัญหาสำหรับ R1 และ R5 อีกครั้ง

คุณต้องเพิ่มตัวต้านทานป้อนกลับเชิงบวกสองสามตัวเพื่อเพิ่มฮิสเทรีซิสใน opamp

แหล่งที่มาของภาพ

นี่คือสมการทั่วไปที่สุดที่ $V_{in}$ โหนดซึ่งมาจากกฎหมายปัจจุบันของ Kirchhoff:

$\dfrac{V_{in} - V_{dd}}{R_1} + \dfrac{V_{in} - V_{ss}}{R_2} + \dfrac{V_{in} - V_{out}}{R_f} = 0$

จากลักษณะของ opamp เรารู้ว่า:

Vin <= VIL ==> Vout = VOL (Low  State)
Vin >= VIH ==> Vout = VOH (High State)

ดังนั้นเราสามารถเขียนสมการสองสมการสำหรับสองสถานะนี้

$\dfrac{V_{IL} - V_{dd}}{R_1} + \dfrac{V_{IL} - V_{ss}}{R_2} + \dfrac{V_{IL} - V_{OL}}{R_f} = 0 \\ \dfrac{V_{IL}}{R_1 // R_2 // R_f} = \dfrac{V_{dd}}{R_1} + \dfrac{V_{ss}}{R_2} + \dfrac{V_{OL}}{R_f} \\ V_{IL} = (R_1 // R_2 // R_f) \left[ \dfrac{V_{dd}}{R_1} + \dfrac{V_{ss}}{R_2} + \dfrac{V_{OL}}{R_f} \right] \\ V_{IH} = (R_1 // R_2 // R_f) \left[ \dfrac{V_{dd}}{R_1} + \dfrac{V_{ss}}{R_2} + \dfrac{V_{OH}}{R_f} \right] \\ $

ตัวอย่าง:

R1  = 100k
R2  = 100k
Vdd = +15V
Vss = -15V
VOH = +13V
VOL = -13V

% Matlab code for the plotting

R1              = 100000;
R2              = 100000;
Vdd             = +15;
Vss             = -15;
VOH             = +13;
VOL             = -13;

RMIN            = 10000;        % 10k
RMAX            = 10000000;     % 10M
VMIN            = -10.0;
VMAX            = +10.0;
POINTS          = (RMAX - RMIN) / 100;

Rf              = linspace(RMIN, RMAX, POINTS);
VIL             = zeros(1, POINTS);
VIH             = zeros(1, POINTS);

for i = 1 : 1 : POINTS
    VIL(i) = 1 / ((1/R1) + (1/R2) + (1/Rf(i))) * ((Vdd/R1) + (Vss/R2) + (VOL/Rf(i)));
    VIH(i) = 1 / ((1/R1) + (1/R2) + (1/Rf(i))) * ((Vdd/R1) + (Vss/R2) + (VOH/Rf(i)));
end;

close all;
hFig = figure;
hold on;
plot([0 10], [0 0], 'Color', [0.75 0.75 0.75]);
plot(Rf/1000000, VIL, 'Color', [0 0 1]);
plot(Rf/1000000, VIH, 'Color', [1 0 0]);
xlim([RMIN/1000000, RMAX/1000000]);
ylim([VMIN, VMAX]);
xlabel('R_f (M\Omega)');
ylabel('VIL & VIH (V)');
hold off;

ตามความเห็นก่อนหน้านี้การใช้ feedback เป็นกุญแจสำคัญในการเก็บรวบรวมฮิสเทรีซีสโดยใช้ Op-Amps

บทความนี้จากอัลเบิร์ตลีแสดงให้เห็นในทางปฏิบัติวิธีการทำและวิธีการทางคณิตศาสตร์ในการคำนวณระดับ hysteresis ที่ต้องการในระบบ