PROM2PROM - кабинет для закупа электронных компонентов
РадиоЛоцман - Все об электронике

Один операционный усилитель обеспечивает характеристику передачи с двойным гистерезисом

Texas Instruments TL081 LM311

, ,

В приложениях управления технологическими процессами, требующих дискретного регулирования, наиболее простым выбором является двухпозиционный релейный контроллер. Типичным примером такого контроллера является обогреватель. Если температура падает ниже заданного значения, нагреватель включается, а если поднимается выше – выключается. В аналоговой области основой для базовой реализации двухпозиционного регулятора служит аналоговый компаратор или операционный усилитель без обратной связи. Однако во избежание ложных переключений в типичной реализации используется хорошо известный триггер Шмитта.

Один из простых способов получения передаточной характеристики с двойным гистерезисом основан на использовании трех операционных усилителей с источниками опорного напряжения и стабилитронами.
Рисунок 1. Один из простых способов получения передаточной характеристики с двойным гистерезисом
основан на использовании трех операционных усилителей с источниками опорного напряжения
и стабилитронами.

Логическим расширением двухпозиционного режима управления является обеспечение нескольких, а не двух, промежуточных уставок выходного сигнала регулятора. Такой режим дискретного регулирования можно использовать, чтобы уменьшить цикличность, перерегулирование или недорегулирование, присущие двухпозиционному режиму. На самом деле однако, когда двухпозиционный режим не подходит, обычно быстрее использовать какой-либо другой подход. Наиболее распространенным примером является трехпозиционный регулятор. Один из простых способов реализации такого контроллера показан на Рисунке 1.

Передаточная характеристика схемы на Рисунке 1 имеет две петли гистерезиса.
Рисунок 2. Передаточная характеристика схемы на Рисунке 1 имеет
две петли гистерезиса.

В этой конфигурации триггеры Шмитта построены на операционных усилителях A1 и A2, реализующих отрицательный и положительный гистерезис, соответственно. Усилители A1 и A2 можно заменить аналоговыми компараторами, такими как LM311 или аналогичными. На Рисунке 2 изображена передаточная характеристика вход/выход схемы на Рисунке 1:

и

VZ и VY – это пробивное и прямое напряжения четырех стабилитронов, соответственно.

Эта схема обеспечивает двойной гистерезис, используя лишь один операционный усилитель.
Рисунок 3. Эта схема обеспечивает двойной гистерезис, используя
лишь один операционный усилитель.

На Рисунке 3 показан более эффективный способ реализации трехпозиционного контроллера. Основой схемы является один операционный усилитель, не нуждающийся в опорных напряжениях. Верхний и нижний пороги переключения и гистерезис компаратора здесь определяют входные и выходные диоды. При среднем уровне напряжения VIN(t) входные диоды не влияют на работу схемы, и схема, по существу, представляет собой повторитель напряжения с положительной обратной связью. Выходное напряжение отслеживает VA(t), но положительная обратная связь, определяющая величину VA(t), устанавливает это напряжение равным некоторой доле выходного напряжения. Таким образом, в этом состоянии схемы уровень выходного напряжения определяют два ограничения: VOUT(t) = VA(t) и

Эти два ограничения выполняются при единственном условии: VOUT = 0 В и VA = 0 В; таким образом, когда входные диоды смещены в обратном направлении, выходное напряжение остается на уровне 0 В. Выходное состояние 0 В сохраняется до тех пор, пока входное напряжение не увеличится до положительных или отрицательных значений. Тогда один из двух входных стабилитронов начинает проводить ток, устанавливая положительное или отрицательное выходное напряжение усилителя при входном напряжении ±VH. В этом состоянии, когда абсолютная величина входного напряжения уменьшается, выходное напряжения усилителя снова становится равным 0 В при входном напряжении ±VL. Таким образом, расчетные формулы для VH и VL имеют вид

и

На этой осциллограмме показана передаточная характеристика схемы на Рисунке 3.
Рисунок 4. На этой осциллограмме показана передаточная характеристика
схемы на Рисунке 3.

На Рисунке 4 приведена передаточная характеристика схемы при использовании компонентов с номиналами, показанными на Рисунке 3, где D1A и D1B – стабилитроны 1N4099 с напряжением стабилизации 6.8 В, а D2A и D2B – 3-вольтовые стабилитроны 1N5225. На Рисунке 5 показана осциллограмма выходного напряжения при подаче на вход схемы сигнала треугольной формы.

Осциллограмма выходного напряжения при подаче на вход схемы сигнала треугольной формы.
Рисунок 5. Осциллограмма выходного напряжения при подаче на вход схемы
сигнала треугольной формы.

Материалы по теме

  1. Datasheet Texas Instruments TL081
  2. Datasheet Texas Instruments LM311
  3. Datasheet MCC 1N4099
  4. Datasheet Vishay 1N5225

EDN

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Single Op Amp Achieves Double-Hysteresis-Transfer Characteristic

21 предложений от 15 поставщиков
(2019г) Трансформатор питания для печатного монтажа 220/11.8В-1.12А
Десси
Россия
Стабилитрон 1N4752A /33V/
DC Components
6 ₽
ЗУМ-СМД
Россия
TL081CDT
STMicroelectronics
7 ₽
TL081CPS
Texas Instruments
по запросу
TL081CPSE4
Texas Instruments
по запросу
Corebai - АЦП, ЦАП, ОУ, интерфейсы и другие аналоговые микросхемы поступили на склад
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя