Opamps-hysterese:de ultieme gids

Veel fundamentele concepten in de technische wereld zijn moeilijk te hanteren vanwege de bedrieglijke betekenis ervan. Helaas is hysterese een van die basisconcepten.

Je hebt misschien geprobeerd het concept uit te zoeken om het op te geven of iets tegen te komen dat zo ingewikkeld en lang is dat je het zou willen opgeven. Maar geen zorgen, wij hebben een oplossing!

Gelukkig hebben we dit artikel geschreven om het concept van opamps Hysteresis op te splitsen in een eenvoudige maar uitgebreide gids.

Ben je klaar? Laten we dan beginnen!

Wat is hysterese in Opamp?

Opamps-diagram

Het onderwerp van opamps Hysteresis begint logisch te worden zodra we het woord hysterese definiëren. Simpel gezegd, hysterese betekent achterblijven of volgen of weerstand bieden tegen verandering vanuit een vorige toestand. Bovendien beschrijft Hysteresis in de techniek niet-symmetrische bewerkingen, of in eenvoudiger woorden, het pad van A naar B is anders dan van B naar A.

Bovendien kun je hysterese vinden op het gebied van magnetisme, niet-plastische vervorming en natuurlijk elektronische circuits zoals opamps (die werken als vergelijkers).

Dynamische speciale vergrendelde comparator

Laten we, om het verder op te splitsen, een eenvoudig voorbeeld bekijken om te helpen bepalen wat hysteresis in opamps betekent.

Wanneer je een 12 volt relais aansluit op een variabele voeding en de ingangsspanning langzaam opvoert van 0 – 12, dan zul je merken dat rond de 11 volt het relais zal activeren.

Dus als u deze spanning verlaagt, moet deze meestal het relais uitschakelen. Maar dat is niet het geval. Het relais schakelt pas uit als de spanning ver onder de 9 volt komt.

Het verschil tussen de activerings- en deactiveringsdrempels van het relais is wat we een spanningsvertraging noemen, en deze spanningsvertraging noemen we hysterese.

Hysterese kan nu nadelige effecten hebben op elektronische circuits zoals enkele BJT-circuits, en het voorkomt dat u vaste drempelniveaus op uw koers houdt. Dus meestal wordt het hystereseniveau verlaagd tot het minimale niveau dat mogelijk is - om de controle over de drempelwaarden van het circuit te behouden.

Daarentegen zijn opamps-circuits effectief in het vermijden van hysterese-effecten bij het uitvoeren van bepaalde bewerkingen. Voor de meeste opamp-acculadercircuits wordt de afwezigheid van hysterese een belangrijk nadeel.

Dus in situaties als deze zou je extra hysterese in het circuit forceren door een feedbackweerstand te installeren over de opamp-uitgangen en op een van de ingangspinnen.

Het zou dus helpen om het hysteresis-effect in uw opamps-circuit op te nemen.

Aan de andere kant hebben de meeste comparatoren een ingebouwde hysterese, en deze comparatoren hebben meestal een waarde tussen 5mV en 10mV. Ook helpt de interne hysterese van deze analoge comparators oscillaties door minimale hoeveelheden parasitaire feedback te voorkomen.

Elke externe ruis met een grotere amplitude kan echter de interne hysterese van deze comparators blokkeren, ook al is het voldoende om zelfoscillaties te stoppen. In dit soort situaties zou het eenvoudigweg opnemen van externe hysterese het probleem oplossen.

Werkingsprincipe

Hoewel hysteresis in sommige circuits niet gewenst is, is het nog steeds waardevol voor analoge circuits, omdat het helpt bij het regelen van het schakelen in circuits met transistors. U kunt dus hysteresis in een comparatorcircuit gebruiken om de werkcyclus van de uitgangsgolfvorm in te stellen.

Opmerking:Opamps en comparatoren zijn twee essentiële en gelijke componenten in deze circuits. Wat nog belangrijker is, een opamp kan werken als een comparator, maar niet alle comparators kunnen werken als versterkers .

Om deze reden kunnen de twee termen onderling uitwisselbaar werken, aangezien hysterese belangrijk is voor beide circuits. Bovendien helpt het begrijpen van hoe deze circuits werken een lange weg om te begrijpen hoe hysteresis werkt in geavanceerde cursussen.

Door nu twee standaard geïntegreerde circuits te vergelijken met de opamp en de comparator, wordt het gemakkelijker om te begrijpen hoe hysteresis in sommige van deze circuits werkt en hoe u het kunt gebruiken om het schakelgedrag van deze circuits aan te passen aan wat u wilt.

Vergelijking van IC's met beide componenten

De eerste indruk die u uit het bovenstaande diagram krijgt, is hoe vergelijkbaar de twee componenten zijn. Er zijn echter verschillen, zoals dat de comparator een geaarde zender is, terwijl de opamp dat niet is. Om deze reden werkt de uitvoer van de comparator goed voor verzadiging. Aan de andere kant werkt de productie van de operationele versterker beter voor lineaire operaties.

Geïntegreerd circuit

Hysterese in een vergelijker

Hysterese in een eenvoudige comparatorschakeling is verantwoordelijk voor de productie van stabiel schakelgedrag. Wanneer u een positieve feedbackweerstand toevoegt, creëert deze een hysterese in de loop, die de drempel instelt voor het schakelen wanneer het ingangssignaal toeneemt of afneemt.

Dit is het lastige gedeelte.

De onechte ruis op het ingangssignaal kan het hele proces beïnvloeden. Zo worden meerdere overgangen geproduceerd naarmate het ingangssignaal toeneemt. Dus door hysteresis aan het comparatorcircuit toe te voegen, wordt elke fout die wordt veroorzaakt door ruis, tegengegaan.

Hysterese in een operationele versterker

De hysterese in een opamp is vergelijkbaar met hoe positieve feedback hysteresespanning creëert in een comparator (geen negatieve spanningen). Hierdoor kan de opamp een Schmitt-triggercircuit vormen.

Hier wordt het interessant.

Wanneer u een operationele versterker als een gesloten circuit naar verzadiging stuurt (met hysterese), zal de uitvoer verzadigen en u dezelfde resultaten geven die u van een comparator zou krijgen. Het werkt voor inverterende invoer en niet-inverterende invoer.

Vergelijker zonder hysterese

Vergelijker zonder hysterese

Bron:Pxhere

Hier is een standaard comparatorcircuit zonder hysterese. Voor dit circuit creëert het spanningsdelernetwerk, Rx en Ry, de minimale drempelspanning die door de cursus wordt gebruikt. Dus de comparator beoordeelt en vergelijkt het ingangsspanningsbereik (Vin) met de vaste drempelspanning (Vth) om de relatie tussen spanning te vinden.

Als u nu de ingangsvoedingsspanning (die u wilt vergelijken) verbindt met de inverterende ingang van het circuit, ontstaat er een uitgang met omgekeerde polariteit.

Dus telkens wanneer het spanningsverschil van de ingangsvoorspanningsstroom significanter is dan de drempel, zou de uitgang dichter bij de negatieve voeding komen. Evenzo zou de uitgang van de comparator dichter bij positieve voedingsrails komen als het punt hoger is dan de ingangsreferentiespanning.

Hoewel deze techniek zijn voordelen heeft, zoals beslissen of een signaal boven een ingestelde drempel ligt, heeft hij één probleem. De ruis op het ingangssignaal kan meerdere overgangen creëren, zowel boven als onder het vaste punt, wat fluctuerende resultaten veroorzaakt.

De output van een comparator zonder hysterese

U kunt de meerdere overgangen in het bovenstaande diagram zien. Stel je het ingangssignaal voor als een temperatuurparameter, en de uitgang was een kritische temperatuurtoepassing om dingen transparanter te maken. Nu geeft het inconsistente uitgangssignaal u mogelijk niet de gewenste resultaten.

Of stel je voor dat je de output van een comparator nodig hebt om een ​​motor of klep te laten draaien. Het fluctuerende signaal zou de klep meerdere keren aan/uit schakelen in kritische drempelsituaties.

Gelukkig is dit een probleem dat Hysteresis oplost, omdat het het trillende signaal bij het wisselen van drempels volledig tegengaat en een soort van ruisimmuniteit geeft.

Vergelijker met hysterese

Vergelijkingscircuits met hysterese

Hier is een diagram van het comparatorcircuit met hysterese. Hier richt de weerstand RH zich op het drempelniveau van de hysterese. Dus elke keer dat de uitgangsspanning logisch hoog wordt (5V), zou de RH parallel lopen met Rx. Dus, waardoor extra gelijkstroom in Ry kan stromen en de drempel (VH) -limiet wordt verhoogd tot 2,7 V. Ook zal de uitgangsrespons niet veranderen in logisch laag als de ingangsstroom niet hoger is dan de drempelspanning (2,7 V).

Wanneer de uitgang echter logisch laag is, wordt Rh parallel aan Ry. Dus, het verminderen van de stroom die naar Ry stroomt en het verlagen van de drempelspanning t0 2.3v. Om nu terug te gaan naar logisch hoog (5V), moet het ingangssignaal lager zijn dan 2,3 v.

Ontwerp van hysteresevergelijker

Dus om het ontwerp van de hysteresis-comparator te ontleden, kijken we naar de schema's, de componenten en het ontwerp.

Schema's

Bekijk het onderstaande diagram:

Hysteresis Comparator Circuit Schema's

Vereiste elektronische componenten

• (1) Printplaat (PCB)
• Vergelijker (hier kunt u elke vergelijker gebruiken. We hebben bijvoorbeeld een TLV3201 gebruikt voor toepassingen met laag vermogen. Deze vergelijker heeft een lage ruststroom)
• standaard metaalfilmweerstanden (0,1%)

Ontwerpvereisten

• +5v voedingsspanning
• 0v tot 5v ingang

Ontwerp hysteresevergelijker

Ontwerpformules voor hysteresisvergelijking

Voor de ontwerpen kunnen we vergelijkingen (1) en (2) gebruiken om de weerstandswaarden te selecteren voor het creëren van uw hysterese-drempelspanningen (d.w.z. VH en VL). Bovendien moet je een RX uitkiezen met een enkele waarde.

We hebben vastgesteld dat onze RX een rating van 100k zou hebben. We hebben voor deze beoordeling gekozen, zodat RX zou werken om de huidige trekking te minimaliseren. Aan de andere kant hebben we Rh geïmplementeerd met een waarde van 576k. Zo bevestigden we vergelijkingen (1) en (2) in appendix A:Rh/Rx =VL/VH – VL.

Laatste woorden

Comparatoren zijn handig als het gaat om het onderscheid tussen twee signaalniveaus. U kunt bijvoorbeeld een comparator gebruiken om onderscheid te maken tussen normale en te hoge temperaturen.

Ook de variatie van ruis of signaal bij de drempel voor vergelijking resulteert in meerdere overgangen. Het voordeel van hysterese in een comparatorcircuit is dus dat het een onder- en bovenpunt vastlegt om het probleem van talrijke overgangen op te lossen.

Nou, dat is het einde van dit artikel; als u vragen heeft, neem dan gerust contact met ons op.