Làm cách nào để bộ so sánh opamp hoạt động ở chế độ kích hoạt schmitt?

Tôi muốn điều khiển một quạt trường hợp nhỏ 12V. Tôi sẽ đặt các giá trị của R ₁ , R ₂ và R ₃ để quạt hoạt động trên nhiệt độ 40 ^o C.

Tôi hiểu rằng trong các loại hệ thống này, sẽ có một khu vực thiếu quyết đoán, trong đó đầu ra của bộ so sánh sẽ thay đổi nhanh giữa cao và thấp. Trong trường hợp thực tế này, khi nhiệt độ ở khoảng 40 ^o C, sẽ có một hành vi không ổn định.

Có cách nào để làm cho mạch này hoạt động ở chế độ kích hoạt schmitt (ví dụ: dừng dưới 38 ^o C, bắt đầu trên 42 ^o C và giữ trạng thái trước đó trong khoảng từ 38 ^o C đến 42 ^o C) bằng cách thay đổi ít nhất có thể, và mà không sử dụng bất kỳ cổng logic kích hoạt schmitt.

Để tạo một trình kích hoạt Schmitt, bạn phải cung cấp phản hồi tích cực, từ đầu ra của opamp đến đầu vào không đảo. Thông thường đầu vào này sẽ là điện áp ngưỡng và nó sẽ lấy một trong hai giá trị (đó là độ trễ) tùy thuộc vào đầu ra của opamp.

Trong trường hợp của bạn, bạn có tín hiệu về đầu vào không đảo. Bạn cũng có thể làm cho nó hoạt động theo cách này, nhưng tôi khuyên bạn nên chuyển đổi cả hai đầu vào, và trao đổi cả R1 và PTC vẫn có cùng một hành vi: điện trở PTC cao hơn sẽ làm giảm đầu vào đảo ngược và khi nó đạt đến ngưỡng thì quạt sẽ Bật nó lên. Vì vậy, hãy làm điều đó và thêm R5 từ đầu ra vào nút R2 / R3.

Bạn đề cập đến độ trễ ở ° C, nhưng chúng ta cần điện áp. Chúng ta hãy thực hiện một phép tính lý thuyết với và làm ngưỡng và giả sử một opamp đầu ra từ đường ray đến đường ray. Sau đó, chúng ta có hai tình huống: ngưỡng cao và ngưỡng thấp và ba biến: R2, R3 và R5 được thêm vào. Vì vậy, chúng ta có thể chọn một trong các điện trở, hãy sửa R2.$V_H$$V_L$

Bây giờ, áp dụng KCL (Luật hiện tại của Kirchhoff) cho nút R2 / R3 / R5:

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

và

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

Đây là một tập hợp các phương trình tuyến tính theo hai biến: R3 và R5, rất dễ giải quyết nếu bạn có thể điền vào điện áp thực tế cho và và R2 được chọn tự do.$V_H$$V_L$

Hãy tranh luận, giả sử rằng ở 38 ° C, bạn có 6 V ở đầu vào đảo ngược và ở 42 ° C, bạn sẽ có 5 V. Hãy chọn giá trị 10 k cho R2. Sau đó các phương trình trên trở thành $\Omega$

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

hoặc là

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

Sau đó, sau khi thay thế và xáo trộn, chúng tôi tìm thấy

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

Tôi đã nói nó ít phổ biến hơn, nhưng bạn cũng có thể sử dụng sơ đồ hiện tại và các tính toán tương tự nhau. Một lần nữa, thêm một điện trở phản hồi R5 giữa đầu ra và đầu vào không đảo. Bây giờ đầu vào tham chiếu được cố định theo tỷ lệ R2 / R3 và độ trễ sẽ dịch chuyển điện áp đo được lên và xuống, điều này - ít nhất là đối với tôi - cần một số quen thuộc.

Giả sử chúng ta sửa điện áp tham chiếu ở 6 V bằng cách làm cho R2 và R3 bằng nhau. Một lần nữa, chúng tôi tính toán các dòng điện tại nút PTC / R1 / R5, trong đó PTC và PTC là các giá trị PTC ở 38 ° C và 42 ° C, và R1 và R5 là ẩn số của chúng tôi. Sau đó $_L$$_H$

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

Một lần nữa, giải quyết cho R1 và R5.

Bạn phải thêm một vài điện trở phản hồi tích cực để thêm độ trễ cho opamp.

Nguồn hình ảnh

$V_{in}$

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

Từ đặc điểm opamp, chúng tôi biết rằng:

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

Vì vậy, chúng ta có thể viết hai phương trình riêng biệt cho hai trạng thái này.

$\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] \\ $

Thí dụ:

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;

Như đã nhận xét trước đây, sử dụng phản hồi là chìa khóa để lưu trữ độ trễ bằng Op-Amps.

Bài viết này của Albert Lee cho thấy một cách thực tế về cách thực hiện và cách tính toán để tính các mức độ trễ mong muốn trên hệ thống.