Tehnik-ast.ru

Электро Техник
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Простой генератор ШИМ-сигнала

Простой генератор ШИМ-сигнала

Широтно-импульсно модулированный сигнал очень часто применяется в электронике для передачи информации, регулировки мощности или формирования постоянного напряжения произвольного уровня. В этой статье описано устройство на операционном усилителе, размером 20х20мм из 15 элементов, которое генерирует ШИМ-сигнал.

Формирование ШИМ-сигнала

ШИМ-сигнал (PWM) представляет собой последовательность импульсов, частота которых неизменна, а модулируется длительность импульсов. Большинство микроконтроллеров легко справляются с этой задачей, но что делать если нет желания программировать и использовать такое мощное средство для такой простой задачи? В этом случае можно использовать дискретные элементы.

Для начала необходимо сформировать последовательность пилообразных импульсов и подать ее на вход компаратора. На второй вход компаратора подается модулирующий сигнал, например, напряжение с переменного резистора. Если напряжение генератора выше напряжения на втором входе — на выходе напряжение близко к напряжению питания. Если напряжение генератора ниже — на выходе ноль.

На рисунке Uк — напряжение команды (постоянный уровень, заданный переменным резистором), Uген — напряжение генератора, UPWM — ШИМ-сигнал.

Схема

Все эти задачи можно легко выполнить при помощи двух операционных усилителей так как показано на схеме.

Схема генератора ШИМ

В схеме применена микросхема LM358N, которая использует однополярное питание и содержит два канала в одном корпусе SO8.

Печатная плата

Все элементы, кроме резистора R3, предназначены для поверхностного монтажа и располагаются на плате с минимальным размером. R3 расположен на обратной стороне платы. Генераторные схемы очень капризны с точки зрения трассировки печатных плат. Если изменить топологию платы нельзя гарантировать ее работоспособность. Первая версия платы генерировала пилообразное напряжение с очень низкой амплитудой и ее было невозможно использовать.

Плата генератора ШИМ-сигнала

Сборка и работа схемы

Сама плата очень маленькая — 20х20 мм и легко изготавливается методом ЛУТ. Она лишь немного больше переменного резистора, изменяющего скважность сигнала.

Плата генератора ШИМ в сборе

Технические характеристики

  • напряжение питания, 5-15В
  • диапазон изменения скважности, от 1 до бесконечности
  • рабочая частота, 500Гц
  • потребляемый ток, не более, 2мА

Рабочая частота определяется конденсатором C1. Для снижения частоты можно увеличить его емкость и наоборот.

Список элементов

  1. ИМС LM358N в корпусе SO8 (DA1), 1 шт.
  2. Резисторы 20кОм в корпусе 0805 (R1,R2,R4-R6), 5 шт.
  3. Резисторы 10кОм в корпусе 0805 (R7,R8), 2 шт.
  4. Любой переменный резистор с шагом выводов 5мм и сопротивлением 50кОм
  5. Конденсаторы 0,1мкФ в корпусе 0805 (C1,C2,C4), 3шт.
  6. Конденсатор танталовый 47мкФ, 16В, типоразмера С, T491C476K016AT (C3), 1шт.

Видео работы

Работает плата достаточно стабильно. На видео видно, как меняется яркость светодиода. Неудобство только в том, что используется лишь половина диапазона резистора R3. То есть в первой и последней четверти положения вала напряжение остается без изменения.

Схема индикатора уровней на 3х светодиодах и операционном усилителе LM358, описание работы, + пример

Схема индикатора уровней на 3х светодиодах и операционном усилителе LM358, описание работы

В этой статье предлагаю рассмотреть такую схему, которая является трех светодиодным индикатором порогового уровня. Для тех, кто не понял, как именно работает данная схема, поясняю. У нас на входе схемы стоит переменный резистор R1, выполняющий функцию датчика. В зависимости от местоположения ползунка переменного резистора R1 на выходе схемы, где установлены три разноцветных светодиода, будет гореть один определенный светодиод. То есть, при каком-то минимальном уровне напряжения на входе будет гореть верхний светодиод. Если уровень напряжения на входе поднялся (до следующего порога), то загорится средний светодиод (нижний при этом погаснет). Ну, и если уровень напряжения еще больше поднимется (до следующего порога), то у нас уже загорится самый нижний светодиод, а два верхних гореть не будут. Думаю суть схемы ясна.

Конкретный уровень каждого из двух порогов настраивается двумя соответствующими переменными резисторами R2 и R3. Для демонстрационной версии схемы я поставил переменные резисторы, хотя для практического использования лучше поставить подстроечные. Касательно того, какие номиналы этих резисторов можно ставить в схему, то где-то от 10к до 200к. Желательно чтобы все три резистора (R1,R2,R3) были одинаковых номиналов. Диапазон порогов может быть разный (относительно друг друга) и достаточно широкий. Можно настроить схему даже так, что будут загораться только нижний и верхний светодиод, а средний будет всегда не активен. Возможно такой режим кому-то понадобится.

Конечно, при наличии только одного переменного резистора на входе схемы толку от устройства будет мало. Больше пользы будет, если последовательно этой цепи на R1 выше или ниже делителя напряжения поставить какой нибудь датчик. Например датчик в виде терморезистора. Следовательно в этом случае при изменении температуры на датчике мы будем видеть уровни этой температуры. И каждый отдельный светодиод будет сигнализировать, что сейчас у нас какая-то своя температура на датчике. Причем, обратите внимание, если мы будем использовать термистор (терморезистор, у которого с повышением температуры сопротивление уменьшается), то его мы ставим выше резистора R1. Если у нас есть позистор (терморезистор, у которого с повышением температуры сопротивление, наоборот, увеличивается), то его нужно ставить ниже резистора R1.

При таком расположении термодатчиков, о котором я написал выше, при низкой температуре будет гореть верхний светодиод. При чуть большей температуре загорится средний светодиод. И когда температура увеличится еще больше, то загорится самый нижний светодиод. То есть, если средний вывод ползунка резистора R1 выведен в нижнее положение, то будет гореть верхний светодиод. Если ползунок переместить в верхнее положение, то будет гореть нижний светодиод. Думаю с этим разобрались.

Читайте так же:
Машинка для плетения бисером

Теперь для чего нужны резисторы, стоящие последовательно со светодиодами. Схема питается от постоянного напряжения 12 вольт. Хотя минимальное может быть 3 вольта, а максимальное 32 вольта. Но при этом нужно будет подобрать соответствующие резисторы, чтобы ограничить ток до нужного предела под светодиоды. То есть, напряжение питания обычных индикаторных светодиодов где-то около 3,2 вольт (хотя у разных цветов это напряжение немного отличается). Поскольку на выходе микросхемы компаратора напряжение по величине почти не отличается от напряжения питания, то 12 вольт для светодиодов много. Они от 12 вольт без токоограничительных резисторов просто сгорят. Вот мы и ставим последовательно с каждым светодиодов резистор на 1к, при напряжении питания 12 вольт. То есть, мы ток ограничиваем где-то до 20 мА каждому светодиоду.

Теперь давайте разберемся с работой самой микросхемы. Данная микросхема LM358 является сдвоенным операционным усилителем, содержащая в себе два компаратора. Для тех, кто не знает, как именно работает компаратор, то в нескольких словах это происходит примерно так. Компаратор имеет два входа (неинвертирующий, это +, и инвертирующий, это -) и один выход. Работа компаратора сводится к тому, что он просто сравнивает два входных сигнала. И если величина входного напряжения на входе + больше, чем на -, то на выходе будет +. Если же, наоборот, уровень входного напряжения на инвертирующем входе будет больше, чем на неинвертирующем, то на выходе будет минус. При этом величина разности может быть очень маленькой. И уже при этом на выходе практически мгновенно происходит переключение состояний. Напомню, что операционные усилители имеют очень высокий коэффициент усиления.

Когда мы разобрались с работой компаратора, теперь можно перейти к разбору принципа действия самой схемы. Итак, когда на входе мы настроили максимальный уровень напряжения (увеличили плюсовой потенциал), то на неинвертирующих входах обоих компараторов имеется больше плюса. Следовательно, на выходах компараторов будет плюс. В этом случае будет гореть только нижний светодиод. Поскольку только на него подается минус и плюс питания. На два верхних светодиода подаются только плюсовые потенциалы. Они не горят. Как мы только уменьшили величину входного напряжения, то компаратор D1,2 (нижний) переключится и на его выходе уже будет минус. Следовательно теперь плюс и минус питания поступает только на средний светодиод. Он горит, а самый верхний и самый нижний не горят. На верхний светодиод подается только плюса, а на нижний светодиод подаются только минуса питания. И когда мы напряжение еще снизим на входе схемы, то переключится и второй компаратор D1,1 (верхний), на его выходе также появится минус. Следовательно, теперь будет гореть только самый верхний светодиод. Поскольку только на него подается и плюс и минус питания. Два нижних светодиода уже гореть не будут, на них будут подаваться только минусовые потенциалы. Думаю смысл ясен.

Ну, и несколько слов про саму микросхему LM358. Диапазон напряжений, от которых она может питаться, то от 3 до 32 вольта (однополярный источник питания). И 1,5 — 16 вольт (двухполярное питание). Ток потребления самой микросхемы очень мал и равен всего 0,7 мА. Максимальный ток выхода компараторов может быть до 40 мА. То есть, для индикаторных светодиодов (с током потребления до 20 мА) этого тока достаточно. Но вот для подключения допустим реле, этого будет мало. И для того, чтобы схему сделать не индикаторной, а исполняющей (чтобы запускала электродвигатели, реле и т.д.), то на выход компаратора нужно еще добавлять усилители тока (ключи на транзисторах).

Ну, вот в принципе и все, что касается данной схемы. По крайней мере основные сведения вам написал. А далее собирайте эту схему порогового индикатора уровней на трех светодиодах, и пробуйте из нее сделать что-то большее.

Для чего нужен компаратор напряжения

Схема аналогового компаратора на операционном усилителе

Эта схема сравнивает два напряжения, и в зависимости от их состояния переводит сигнал на выходе в высокое или низкое состояние. Можно сказать, что эта система сочетает в себе аналоговую и цифровую электронику.

Она довольно интересна, так как не имеет обратной связи (в базовой версии), это в свою очередь говорит о том, что сопротивление петли бесконечно большое.

На положительный вход мы подаем обрабатываемый сигнал, а на отрицательный вход фиксированное (опорное) напряжение, устанавливаемое потенциометром. Так как петля обратной связи отсутствует, то коэффициент усиления бесконечно большой.

Паяльная станция 2 в 1 с ЖК-дисплеем

Мощность: 800 Вт, температура: 100…480 градусов, поток возду…

Когда напряжение входного сигнала превысит значение опорного напряжения, на выходе мы получим максимальное напряжение, т. е. напряжение питания операционного усилителя. Когда же напряжение на входе станет ниже опорного, то на выходе будет минусу питания.

Читайте так же:
Двигатели стиральных машин автоматов

Такая работа схемы имеет один существенный недостаток, а именно: ситуация, когда величина напряжения на обоих входах будет очень близка друг к другу, может стать причиной очень частого изменения напряжения на выходе. Это может привести к пропускам срабатывания реле, включение и отключение нагревателей, что может привести к частым сбоям. Что бы этого избежать используют системы с гистерезисом.

Назначение

Зачем нужен компаратор и как его использовать без усилителя? В большинстве случаев, этот прибор применяется в несложных компьютерных схемах, где нужно сравнивать сигналы входящего напряжения. Это может быть зарядное устройство для ноутбука или телефона, весы (определитель массы), датчик сетевого напряжения AVR, таймер (компоратор типа lm 358, микроконтроллер и т. д. Также его применяют различные интегральные микросхемы для контроля входных импульсов, обеспечивая связь между источником сигнала и его центром назначения.

Компаратор на lm358 схема

Фото – компараторы для компьютера

Наиболее популярным примером является компаратор триггер (регулятор) Шиммера. Он работает в режиме многоканальности, соответственно, может сравнивать большое количество сигналов. В частности, данный триггер применяется для того, чтобы восстановить цифровой сигнал, который искажает связь в зависимости от уровня напряжения и расстояния источника питания.

Это аналог стандартного компаратора, просто с более расширенным функционалом, который обеспечивает измерение нескольких входящих сигналов.

Компаратор на lm358 схема

Фото – ОУ компаратор

Также есть компаратор шероховатости. Это устройство, которое помогает визуально определить состояние поверхности, которая уже подвергалась обработке. Применение этого приспособления обосновано необходимостью определять допуски обработанных ранее поверхностей.

Схема аналогового компаратора с гистерезисом на операционном усилителе

Диаграмма работы схемы с гистерезисом схожа, с той лишь разницей, что включение и выключение не происходит при одном и том же напряжении.

Читая такой график, следует обратить внимание на направление стрелок, они показывают направление движения гистерезиса. Следуя слева направо мы видим, что переход к низкому уровню происходит только при напряжении Uph, а перемещаясь справа налево выходное напряжение достигнет высокого уровня только при напряжении Upl.

Такое решение приводит к тому, что в момент, когда напряжения на входах равны, то на выходе не происходит изменение состояния, для этого необходимо чтобы напряжения отличались на значительную величину.

Правда, такое решение вызывает определенную инертность системы, но, безусловно, это безопаснее по сравнению со схемой без гистерезиса. Часто такую работу можно наблюдать в нагревательных устройствах, содержащих термостат (утюги, плиты и т. д.). Ниже представлена принципиальная схема на операционном усилителе, реализующая гистерезис:

А вот зависимость, которая позволяет рассчитать все напряжения:

Гистерезисный компаратор

Гистерезисными называют схемы сравнения, у которых передаточная характери­стика неоднозначна. Применительно к ОУ это возможно только в том случае, когда усилитель охвачен цепью ПОС с коэффициентом передачи, удовлетворяю­щим условию:

На рисунке 4.4 приведена передаточная характеристика ОУ для случаев bос <

1/КОУ,
boc=1/КОУ и bос
> 1/кОУ соответственно.

Рисунок 4.4 — Передаточные характеристики ОУ с ПОС при

bос < 1/КОУ (1), boc=1/КОУ (2) и bос > 1/кОУ (3)

Очевидно, что увеличение коэффициента передачи цепи ПОС фактически приводит к повороту исходной характеристики ОУ вокруг начала координат по часовой стрелке. При этом если bос > 1/кОУ

(зависимость 3), то на передаточной характеристике появляется область неоднозначного соответствия между вход­ным и выходным напряжением — гистерезис. Это позволяет построить устрой­ства, у которых напряжения срабатывания и отпускания не равны между собой. Принципиальная схема такого устройства сравнения и ее передаточная характе­ристика приведены на рисунке 4.5.

Рисунок 4.5 — Схема гистерезисного компаратора (а) и его передаточная характеристика (б)

Предположим, что в некоторый момент времени входное напряжение схемы равно нулю, а на ее выходе присутствует напряжение положительной полярности +UОГР.

Тогда к неинвертирующему входу ОУ приложено положительное на­пряжение

Такое состояние схемы является устойчивым и будет поддерживаться до тех пор, пока изменяющееся входное напряжение ивх

не увеличится до этого же уров­ня. В этот момент произойдет изменение выходного напряжения ОУ от
+UОГР,
до -UОГР и на неинвертирующем входе ОУ установится напряжение

Данное состояние также будет устойчивым до тех пор, пока входное напряже­ние ивх

не уменьшится до такого же уровня.

Таким образом, напряжения срабатывания и отпускания в рассматриваемой схеме определяются следующими выражениями:

Из приведенных выражений видно, что при равенстве абсолютных значений напряжения ограничения на выходе ОУ пороговые напряжения равны по вели­чине, но противоположны по знаку, то есть передаточная характеристика устрой­ства симметрична относительно начала координат.

Для получения различных напряжений срабатывания и отпускания в цепи ПОС ОУ необходимо использовать четырехполюсник, коэффициент передачи которого зависит от полярности его входного напряжения. Пример такого устройства приведен на рисунке 4.6а.

Рисунок 4.6 — Схема гистерезисного компаратора с цепью нелинейной ПОС (а) и его передаточная характеристика (б)

В данном случае коэффициент передачи цепи ПОС для положительных выход­ных напряжений ОУ практически не зависит от уровня этого напряжения и опре­деляется падением напряжения на диоде VD,

Читайте так же:
Запорно регулирующая арматура в нефтегазовой отрасли

смещенном в прямом направлении. При отрицательных выходных напряжениях диод
VD
заперт и напряжение отпус­кания определяется, как и в схеме на рисунке 5а, то есть выражением (4.10). На рисунке 4.6б приведена передаточная характеристика данной схемы сравнения. Из ри­сунка видно, что она несимметрична относительно начала координат.

Асимметрию передаточной характеристике схемы сравнения можно придать (как и в случае однопорогового устройства), используя дополнительные источники смещения. Пример такого решения приведен на рисунке 4.7а. Здесь источник смещения Есм

подключен к неинвертирующему входу ОУ через резистор
rДЕЛ
Напряжение на неинвертирующем входе равно

Рисунок 4.7 — Схема гистерезисного компаратора со смещенной характеристикой (а) и его передаточная характеристика (б)

Тогда напряжения срабатывания и отпускания компаратора определяются выражениями:

Применение гистерезисных компараторов позволяет в случае действия внеш­них помех значительно повысить надежность сравнения напряжений. Так, на рисунке 4.8 показаны временные диаграммы работы однопорогового и гистерезисного компараторов в случае, когда входной сигнал, кроме полезной составляющей, содержит некоторый высокочастотный сигнал помехи. Очевидно, что в случае использования однопороговой схемы сравнения на выходе устройства будет сформировано несколько выходных импульсов (так называемый «дребезг» выходного напряжения), затрудняющих получение однозначного результата. В случае использования гистерезисного компаратора с правильным выбором на­пряжений срабатывания и отпускания этого удается избежать и получить на вы­ходе однозначный результат сравнения.

Рисунок 4.8 — Временные диаграммы работы компараторов в условиях действия внешней помехи: входной сигнал (а), выходной сигнал однопорогового (б) и гистерезисного (в) компараторов

3. Описание лабораторного стенда

В состав лабораторного стенда входит лабораторный стенд на базе компьютера с программой Electronics Workbench.

Схема повторителя напряжения на операционном усилителе

Повторитель напряжения — это одна из самых простых схем с использованием операционного усилителя. Его главной и единственной особенностью является то, что система не усиливает и не ослабляет сигнал, то есть, проще говоря, k=1. Эта особенность связана с нулевым сопротивлением петли обратной связи.

Такого рода системы применяются в основном в качестве буфера, например, для повышения работоспособности и тока нагрузки. Поскольку входной ток почти равен нулю, а выходной ток зависит от типа усилителя, то можно легко разгрузить маломощные источник сигнала, как например, некоторые датчики.

LM358 схема включения: преобразователь напряжение – частота

И напоследок схема которую можно использовать в качестве аналого-цифрового преобразователя. Нужно только подсчитать период или частоту выходных сигналов.

  • C1 – 0,047 мкФ;
  • DA1 – LM358;
  • R1 – 100 кОм;
  • R2 – 50 кОм;
  • R3,R4,R5 – 51 кОм;
  • R6 — 100 кОм;
  • R7 — 10 кОм.

25 thoughts on “ LM358 схема включения ”

Наверное — это самый распространенный операционник. Как раз тот случай, когда усредненные характеристики детали, делают ее востребованной в любых стандартных устройствах. Возможность сносно работать в различных режимах позволяет использовать в УМЗЧ, параметрических и импульсных стабилизаторах, генераторах, модуляторах, регуляторах и т.д. Из-за надежности, обусловленной простотой, используется и в бытовой, и в промышленной, и, даже, военной технике.

Востребованной ее делает крайне низкая цена, я их брал по 3,5 руб. Взял сотню, теперь леплю эти «семечки» куда только можно. Кроме звукоусиливающей аппаратуры, конечно, где посредственные частотные и скоростные параметры накладывают серьезные ограничения на использование LM358. Что любопытно, у этого простенького ОУ довольно большое допустимое синфазное напряжение, что позволяет использовать его в качестве усилителя напряжения с шунта в «горячем» проводе источника питания с выходным напряжением до 27 вольт. Как на девятом рисунке в публикации. Только с напряжением смещения у него не очень, поэтому приходится сопротивление шунтов выбирать побольше, компенсируя низкую точность операционного усилителя. Но что тут поделать? Инструментальный усилитель за 3 рубля не купишь…

Можно и в звуковых усилителях использовать, но, не в виде предварительного каскада усиления, конечно, тут полностью поддерживаю. Ресиверы, вообще одно из немногих устройств, в каскады усиления которых, современные технологии не добрались. Понимаю, что сейчас кругом МП3, но после качественного ЦАП, микросхемам делать уже нечего. Если мы говорим о верном Hi-Fi (High-Fidelity) стерео-звуке, конечно. В аппаратуре такого уровня, даже применение вакуумных радиоламп до сих пор актуально и востребовано.

Описание микросхемы LM358

Подтверждением высокой популярности микросхемы являются ее рабочие характеристики, позволяющие создавать много различных устройств. К основным показательным характеристикам компонента следует отнести нижеследующие.

Приемлемые рабочие параметры: в микросхеме предусмотрено одно и двухполюсное питание, широкий диапазон напряжений питания от 3 до 32 В, приемлемая скорость нарастания выходного сигнала, равная всего 0,6 В/мкс. Также микросхема потребляет всего 0,7 мА, а напряжение смещения составит всего 0,2мВ.

LM358 схема включения | Практическая электроника

Схема аналогового компаратора на операционном усилителе

Эта схема сравнивает два напряжения, и в зависимости от их состояния переводит сигнал на выходе в высокое или низкое состояние. Можно сказать, что эта система сочетает в себе аналоговую и цифровую электронику.

Она довольно интересна, так как не имеет обратной связи (в базовой версии), это в свою очередь говорит о том, что сопротивление петли бесконечно большое.

Читайте так же:
Как паять полипропилен без паяльника

На положительный вход мы подаем обрабатываемый сигнал, а на отрицательный вход фиксированное (опорное) напряжение, устанавливаемое потенциометром. Так как петля обратной связи отсутствует, то коэффициент усиления бесконечно большой.

Стенд для пайки со светодиодной подсветкой

Материал: АБС + металл + акриловые линзы. Светодиодная подсветка…

Когда напряжение входного сигнала превысит значение опорного напряжения, на выходе мы получим максимальное напряжение, т. е. напряжение питания операционного усилителя. Когда же напряжение на входе станет ниже опорного, то на выходе будет минусу питания.

Такая работа схемы имеет один существенный недостаток, а именно: ситуация, когда величина напряжения на обоих входах будет очень близка друг к другу, может стать причиной очень частого изменения напряжения на выходе. Это может привести к пропускам срабатывания реле, включение и отключение нагревателей, что может привести к частым сбоям. Что бы этого избежать используют системы с гистерезисом.

Гистерезис с практическим примером

В эти дни я посвященные конструкции зарядного устройства, одна ниже упрощенная версия, используемая мной на макете, чтобы установить на фактическое поле значений, которые будут использоваться. Запрограммированный первоначально установлен таким образом, что выходной сигнал операционного усилителя становится высоким, когда pin3 напряжения выходит чуть выше значения стабилитрона pin2. Когда это происходит, PIN6 становится высокой и достигает следующий потенциал к напряжению питания. Это означает, что резистор обратной связи РЧ (в альт) Это практически параллельно с заданным сопротивлением в верхней половине потенциометра (показано в розовом цвете)

Это означает, что контактное напряжение 3 еще больше увеличивается. в настоящее время, когда напряжение батареи падает, шпилька 6 не отвечает, так как штифт 3 Он должен упасть стать гораздо ниже, чем штифт 2, Это означает, что уровень заряда батареи должен идти вниз относительно долго, чтобы штифт 3 упасть ниже штифта 2. Это заставило задержку между переключателем ОУ ВКЛ и ВЫКЛ в связи с резистором обратной связи называется гистерезис в операционном усилителе. После того, как PIN6 переключается на низком уровне этот раз РЧ расположена параллельно с нижней половиной потенциометра (зеленый) в результате чего порог pin3 еще ниже, и, таким образом, избегая, что несколько мВ изменения батареи может из снова переключить выходной.

На чертеже, зеленый светодиод на означает, что аккумулятор заряжен, а красный означает, что она заряжается. Этот операционный выходной усилитель может управлять теперь зарядкой батареи в автономном режиме без вмешательства схемы п дезактивации активации п.

Привет из A_X_C и AMILCARE

ГОЛОСОВАНИЕ

Схема аналогового компаратора с гистерезисом на операционном усилителе

Диаграмма работы схемы с гистерезисом схожа, с той лишь разницей, что включение и выключение не происходит при одном и том же напряжении.

Читая такой график, следует обратить внимание на направление стрелок, они показывают направление движения гистерезиса. Следуя слева направо мы видим, что переход к низкому уровню происходит только при напряжении Uph, а перемещаясь справа налево выходное напряжение достигнет высокого уровня только при напряжении Upl.

Такое решение приводит к тому, что в момент, когда напряжения на входах равны, то на выходе не происходит изменение состояния, для этого необходимо чтобы напряжения отличались на значительную величину.

Правда, такое решение вызывает определенную инертность системы, но, безусловно, это безопаснее по сравнению со схемой без гистерезиса. Часто такую работу можно наблюдать в нагревательных устройствах, содержащих термостат (утюги, плиты и т. д.). Ниже представлена принципиальная схема на операционном усилителе, реализующая гистерезис:

А вот зависимость, которая позволяет рассчитать все напряжения:

Гистерезис в компараторах

Продолжаем серию статей, посвященных компараторам в измерительных приборах НПФ КонтрАвт. Ранее мы дали определение компараторам и привели основные функции компараторов.

В данной статье мы разберем для чего в компараторах вводят гистерезис.

В нашей первой статье мы упомянули, что в области порогов h и H в поведении компаратора может наблюдаться гистерезис и состояние выхода компаратора в этом случае зависит не только от соотношения измеренного сигнала и порогов, но и от предшествующей истории, т.е. от того, каким путем измеренный сигнал приближается к порогам.

Рисунок 1. Пример функции компаратора

Рисунок 1. Пример функции компаратора

Для чего же вводят гистерезис в компараторы?

Зачем нужен гистерезис в компараторах

Причина № 1

Как правило, измеренный сигнал имеет как регулярную составляющую (постоянную или плавно меняющуюся), так и случайную, вызванную действием внешних случайных электромагнитных помех.

В отсутствие гистерезиса (или при слишком малой величине его зоны), при подходе измеренного сигнала к пороговому значению случайная компонента вызывает многократное срабатывание компаратора, что нежелательно в системе (обгорание и износ контактов пускателя, хаотические срабатывания различных устройств и проч.).

Рисунок 2. Работа компаратора без гистерезиса

Рисунок 2. Работа компаратора без гистерезиса

Однако, если выбрать зону гистерезиса (H-h) чуть больше, чем размах случайных изменений измеренного сигнала, то компаратор будет срабатывать только один раз, повторных возвратов в исходное состояние не будет. Таким образом, исключаются случайные срабатывания компаратора, его состояния фиксируются более четко.

Рисунок 3. Работа компаратора с оптимальной зоной гистерезиса

Рисунок 3. Работа компаратора с оптимальной зоной гистерезиса

Читайте так же:
Как сделать сож для станка своими руками

На практике с этим чаще всего сталкиваются в системах сигнализации и регулирования.

В задаче сигнализации отсутствие гистерезиса приводит к многократному срабатыванию сигнализации вблизи порога (см. рисунок 2). Если сигнализация управляет смежными устройствами и системами, то ложные и частые срабатывания будут крайне нежелательны. Кроме того, они вводят в заблуждение оператора. Наличие гистерезиса с оптимальной зоной обеспечивает однозначное срабатывание сигнализации (cм. рисунок 3).

В задачах позиционного регулирования гистерезис предотвращает частое и хаотическое переключение силового коммутационного элемента при переходе через уставку за счет шумоподобного изменения измеренного сигнала (рисунок 2). В случае больших мощностей это негативно сказывается как на электросети, так и на работе электромагнитных пускателей (обгорание контактов, износ, залипание контактов, неуправляемый нагрев, сокращение ресурса и т.п.) Наличие гистерезиса также делает переключение более четким (cм. рисунок 3).

Причина № 2

Существует и другая причина, по которой следует применять гистерезис в системах двухпозиционного регулирования.

Свойства системы могут быть таковы, что период срабатывания позиционного регулятора будет слишком малым. Это (так же как и влияние помех) приводит к частому срабатыванию коммутационных элементов с названными ранее последствиями.

В этих случаях специально увеличивают зону гистерезиса, чтобы увеличить период переключения. Однако, надо учитывать, что увеличение зоны гистерезиса ( > 0 + зона гистерезиса) неизбежно приводит к увеличению размаха колебаний, ухудшает точность регулирования. В таких ситуациях вопрос выбора величины зоны гистерезиса — это вопрос компромисса между точностью регулирования и повышением надежности и ресурса системы.

Рисунок 4. Пример увеличения периода переключения компаратора гистерезисом

Рисунок 4. Пример увеличения периода переключения компаратора гистерезисом

Причина № 3

Существует ряд производственных задач, в которых введение гистерезиса в работу компаратора позволяет реализовать логику работы системы управления.

Например, в системах водоснабжениями (типа “Башня Рожновского”) точность вообще не играет ключевой роли, важно, что исполнительный механизм — насос — “не любит” частого включения/выключения.

При этом накопитель позволяет реализовать необходимое редкое включение/выключение насоса с помощью гистерезиса.

Рис 5. Пример использования гистерезиса в системах с накопителем

Рис 5. Пример использования гистерезиса в системах с накопителем

Выводы:

Таким образом, введение гистерезиса в компараторах необходимо в следующих случаях:

  1. Для устранения многократного срабатывания компаратора под действием быстрых случайных помех, как следствие устранения хаотических срабатываний различных устройств в системе, увеличение ресурса коммутационных и исполнительных устройств.
  2. Преднамеренное увеличение периода переключения компаратора в задачах позиционного регулирования. Обеспечивает увеличение ресурса и надежности системы, но ухудшается точность регулирования.
  3. Для реализация различных алгоритмов работы систем автоматики.

В следующих публикациях мы подробнее разберем прочие особенности работы компараторов. Следите за обновлениями материалов!

Схема повторителя напряжения на операционном усилителе

Повторитель напряжения — это одна из самых простых схем с использованием операционного усилителя. Его главной и единственной особенностью является то, что система не усиливает и не ослабляет сигнал, то есть, проще говоря, k=1. Эта особенность связана с нулевым сопротивлением петли обратной связи.

Такого рода системы применяются в основном в качестве буфера, например, для повышения работоспособности и тока нагрузки. Поскольку входной ток почти равен нулю, а выходной ток зависит от типа усилителя, то можно легко разгрузить маломощные источник сигнала, как например, некоторые датчики.

Проектирование гистерезиса компаратора

уравнения (1) е (2) Они могут помочь решить, если сопротивление хочет создать напряжение порога гистерезиса VH и VL. Единственное значение (RX) Требуется быть выбраны произвольно.

В этой иллюстрации, RX был определен 47K, чтобы помочь уменьшить потребление тока. Резус Рассчитанное 270,25k, следовательно, была осуществлена ​​немедленно стандартное значение 270K.

Описание микросхемы LM358

Подтверждением высокой популярности микросхемы являются ее рабочие характеристики, позволяющие создавать много различных устройств. К основным показательным характеристикам компонента следует отнести нижеследующие.

Приемлемые рабочие параметры: в микросхеме предусмотрено одно и двухполюсное питание, широкий диапазон напряжений питания от 3 до 32 В, приемлемая скорость нарастания выходного сигнала, равная всего 0,6 В/мкс. Также микросхема потребляет всего 0,7 мА, а напряжение смещения составит всего 0,2мВ.

Читать также: Как сделать чпу станок своими руками чертежи

LM358 схема включения: дифференциальный усилитель

Эта схема дифференциального усилителя с высоким входным сопротивление, может применятся для измерения напряжении источников с высоким внутренним сопротивлением. При условии, что R1/R2=R4/R3, выходное напряжение можно рассчитать как: Uвых = (1+R4/R3)(Uвх1 – Uвх2). Коэффициент усиления соответственно будет равен: (1+R4/R3). Для R1 = R2 = R3 = R4 = 100 кОм, коэффициент усиления будет равен 2.

LM358 схема включения: дифференциальный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления

Стоит отметить, что предыдущая схема не позволяет подстраивать коэффициент усиления, так как требует одновременного изменения двух резисторов. Если необходимо иметь возможность регулировки коэффициента усиления в дифференциальном усилителе, то можно воспользоваться схемой на трех операционных усилителях. В данной схеме подстройка коэффициента усиления осуществляется за счет регулировки резистора R2. Для этой схемы нужно соблюсти условия равенства значений сопротивлений резисторов: R1 = R3 и R4 = R5 = R6 = R7. Тогда коэффициент усиления будет равен: (1+2*R1/R2). Uвых = (1+2*R1/R2)(Uвх1 – Uвх2).

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector