Bagaimana cara membuat komparator opamp berfungsi dalam mode pemicu schmitt?

Saya ingin mengontrol kipas case 12V kecil. Saya akan mengatur nilai R ₁ , R ₂ dan R ₃ sehingga kipas akan bekerja di atas suhu 40 ^o C.

Saya mengerti bahwa dalam sistem semacam ini, akan ada daerah bimbang di mana output komparator akan berubah dengan cepat antara tinggi dan rendah. Dalam kasus praktis ini, ketika suhu di sekitar 40 ^o C, akan ada perilaku yang tidak stabil.

Apakah ada cara untuk membuat sirkuit ini berfungsi dalam mode pemicu schmitt (misalnya; berhenti di bawah 38 ^o C, mulai di atas 42 ^o C, dan pertahankan status sebelumnya antara 38 ^o C dan 42 ^o C) dengan mengubahnya sesedikit mungkin, dan tanpa menggunakan gerbang logika pemicu schmitt.

Untuk membuat pemicu Schmitt Anda harus memberikan umpan balik positif, dari keluaran opamp ke input non-pembalik. Biasanya input ini akan menjadi tegangan ambang, dan akan mengambil salah satu dari dua nilai (itulah histeresis) tergantung pada keluaran opamp.

Dalam kasus Anda, Anda memiliki sinyal pada input non-pembalik. Anda juga dapat membuatnya bekerja dengan cara ini, tetapi saya akan menyarankan Anda mengganti kedua input, dan juga menukar R1 dan PTC masih memiliki perilaku yang sama: resistansi PTC yang lebih tinggi akan mengurangi input pembalik, dan ketika mencapai ambang batas kipas akan dinyalakan. Jadi mari kita lakukan itu, dan tambahkan R5 dari output ke simpul R2 / R3.

$V_H$$V_L$

Sekarang, menerapkan KCL (Kirchhoff's Current Law) untuk simpul R2 / R3 / R5:

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

dan

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

$V_H$$V_L$

$\Omega$

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

atau

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

kemudian setelah beberapa penggantian dan pengocokan kami temukan

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

Saya sudah mengatakan itu kurang umum, tetapi Anda juga dapat menggunakan skema saat ini, dan perhitungannya sama. Sekali lagi, tambahkan resistor umpan balik R5 antara output dan input non-pembalik. Sekarang input referensi ditetapkan oleh rasio R2 / R3, dan histeresis akan menggeser tegangan terukur Anda naik dan turun, yang - setidaknya bagi saya - perlu dibiasakan.

$_L$$_H$

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

Sekali lagi, selesaikan untuk R1 dan R5.

Anda harus menambahkan beberapa resistor umpan balik positif untuk menambahkan histeresis ke opamp.

Sumber gambar

$V_{in}$

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

Dari karakteristik opamp, kita tahu bahwa:

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

Jadi kita dapat menulis dua persamaan terpisah untuk dua negara ini.

$\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] \\ $

Contoh:

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;

Seperti yang dikomentari sebelumnya, menggunakan umpan balik adalah kunci untuk arsip histeresis menggunakan Op-Amps.

Artikel dari Albert Lee ini menunjukkan secara praktis cara melakukannya dan bagaimana matematika menghitung tingkat histeresis yang diinginkan pada sistem.