اشمیت تریگر با خازن و مقاومت

[Vahid.bkp]

سلام من یه مدار مقایسه کننده دارم که از قبل ساخته شده به تعداد بالا حالا یه مشکلی که هست اینه که بازه براش در نظر نگرفتن
تو این مدار ورودی منفی اپ امپ با زنر رو 10 ولت فیکس شده ورودی مثبت با شارژ خازن تغییر میکنه
الان چطوری هیسترزیس مثلا 3 ولتی براش بزارم؟ خواستم اشمیت تریگر کنم فیدبک مثبت گذاشتم خازن از طریق فیدبک شارژ میشه دیگه دشارژ نمیشه!

[Amie.s.m]

پاسخ : اشمیت تریگر با خازن و مقاومت

دوست عزیز طراح این مدار هیسترزیس مد نظرش نبوده .

ظاهرا مدار برای شارژ. یا بعنوان رگولاتور و مشابهلتش ( BOD ) که آفست ثابت نیازه در نظر گرفته شده ... هر چند با این رنج قطعات فرکانس قطع فیلتر حدود ۳۳ میلی هرتزه که زمان پاسخ سیستم عدد خیلی پرت و پلای بالای ۳۰ ثانیه میشه ! یعنی بود و نبود این سیستم عملا تفاوتی نداره ، زمان پاسخ دهیش رو باید با ساعت آفتابی اندازه گرفت

بعنوان سیستم با هیسترزیس باید فیدبک به پایه مثبت وصل بشه بعد این پایه با یک مقاومت ( مقدارش معادل مقاومت سری پایه منفی یا همون ورودی سیگناله ) به گرند سیسستم متصل بشه ( یا ولتاژ آستانه و گرند مجازی که در کیس شما میشه دیود زنر )

ضمنا درستش اینه بجای اپ امپ از کمپراتور استقاده کنید ، سوای خطهای بالا پایین ( که مهمه ) اپ امپ معمولی به سادگی ممکنه به اشباع بره ، شاید در کاربردهای عمومی سرعت پایین متوجه مساله به اشباع رفتن نشید ولی در کاربردهای سریع تر یا دقیق تر مساله اشباع حتما اذیتتون میکنه .

نهایتا متوجه توجیه تعریف هیسترزیس ۳ ولتی برای سیستم تغذیه مستقیم DC نشدم ...
هسسترزیس در این نوع سیستمها رنجش در حد ۲۰-۳۰ تا نهایتا ۵۰ میلی ولته .

۳ ولت در حد هیسترزیس پروتکلهای ارتباط دیجیتال نسبتا ولتاژ بالاست که صرفنظر از ولتاژهای ریل بدلیل مشکل اشباع اپ امپهای معمولی و slew rate پایین سیگنال رو در دیتاریت های متداول خراب میکنن

[Vahid.bkp]

پاسخ : اشمیت تریگر با خازن و مقاومت

ممنون از جوابتون

[Vahid.bkp]

پاسخ : اشمیت تریگر با خازن و مقاومت

دوست عزیز طراح این مدار هیسترزیس مد نظرش نبوده .

ظاهرا مدار برای شارژ. یا بعنوان رگولاتور و مشابهلتش ( BOD ) که آفست ثابت نیازه در نظر گرفته شده ... هر چند با این رنج قطعات فرکانس قطع فیلتر حدود ۳۳ میلی هرتزه که زمان پاسخ سیستم عدد خیلی پرت و پلای بالای ۳۰ ثانیه میشه ! یعنی بود و نبود این سیستم عملا تفاوتی نداره ، زمان پاسخ دهیش رو باید با ساعت آفتابی اندازه گرفت

بعنوان سیستم با هیسترزیس باید فیدبک به پایه مثبت وصل بشه بعد این پایه با یک مقاومت ( مقدارش معادل مقاومت سری پایه منفی یا همون ورودی سیگناله ) به گرند سیسستم متصل بشه ( یا ولتاژ آستانه و گرند مجازی که در کیس شما میشه دیود زنر )

ضمنا درستش اینه بجای اپ امپ از کمپراتور استقاده کنید ، سوای خطهای بالا پایین ( که مهمه ) اپ امپ معمولی به سادگی ممکنه به اشباع بره ، شاید در کاربردهای عمومی سرعت پایین متوجه مساله به اشباع رفتن نشید ولی در کاربردهای سریع تر یا دقیق تر مساله اشباع حتما اذیتتون میکنه .

نهایتا متوجه توجیه تعریف هیسترزیس ۳ ولتی برای سیستم تغذیه مستقیم DC نشدم ...
هسسترزیس در این نوع سیستمها رنجش در حد ۲۰-۳۰ تا نهایتا ۵۰ میلی ولته .

۳ ولت در حد هیسترزیس پروتکلهای ارتباط دیجیتال نسبتا ولتاژ بالاست که صرفنظر از ولتاژهای ریل بدلیل مشکل اشباع اپ امپهای معمولی و slew rate پایین سیگنال رو در دیتاریت های متداول خراب میکنن

ممنون از جوابتون
والا این مدار اینطوری کار میکنه که اون سوییچ که باعث شارژ خازن میشه یه تیغه ست که با یه ابزاری که توی اب هست در تماسه اون ابزار با طلاطم اب تکون میخوره تیغه قطع و وصل میشه. حالا این قطع و وصل هرچی مقدار وصل بودنش بیشتر باشه خازن زودتر شارژ میشه خروجی اپ امپ یه رله رو فرمان میده. در حالت داعم وصل بودن تیغه ورودی حدود ۱۵ ثانیه طول میکشه تا رله وصل بشه.
بعد از روشن شدن رله هم ولتاژ خازن همینطور میره بالا تا زمانی که اب کاملا بدون طلاطم بشه و تیغه دیگه وصل نشه اونموقع خازن دشارژ میشه و بعد حدود ۱۰ ثانیه رله خروجی قطع میشه.
الان مشکل اینجاست تو بعضی مواقع خاص طلاطم اب که کمه خازن تا ۱۰ ولت شارژ میشه ولتاژ یکم میره بالاتر از ۱۰ ولت رله روشن میشه یکم میره زیر ۱۰ ولت رله خاموش میشه که مشکل ایجاد میکنه.
من میخواستم ولتاژ خازن رفت بالای ۱۰ ولت خروجی روشن بشه ولتاژ خازن زیر ۷یا ۶ ولت شد خروجی خاموش بشه که تو اون شرایط خاص خروجی تند تند قطع و وصل نشه

[Amie.s.m]

پاسخ : اشمیت تریگر با خازن و مقاومت

ممنون از جوابتون
والا این مدار اینطوری کار میکنه که اون سوییچ که باعث شارژ خازن میشه یه تیغه ست که با یه ابزاری که توی اب هست در تماسه اون ابزار با طلاطم اب تکون میخوره تیغه قطع و وصل میشه. حالا این قطع و وصل هرچی مقدار وصل بودنش بیشتر باشه خازن زودتر شارژ میشه خروجی اپ امپ یه رله رو فرمان میده. در حالت داعم وصل بودن تیغه ورودی حدود ۱۵ ثانیه طول میکشه تا رله وصل بشه.
بعد از روشن شدن رله هم ولتاژ خازن همینطور میره بالا تا زمانی که اب کاملا بدون طلاطم بشه و تیغه دیگه وصل نشه اونموقع خازن دشارژ میشه و بعد حدود ۱۰ ثانیه رله خروجی قطع میشه.
الان مشکل اینجاست تو بعضی مواقع خاص طلاطم اب که کمه خازن تا ۱۰ ولت شارژ میشه ولتاژ یکم میره بالاتر از ۱۰ ولت رله روشن میشه یکم میره زیر ۱۰ ولت رله خاموش میشه که مشکل ایجاد میکنه.
من میخواستم ولتاژ خازن رفت بالای ۱۰ ولت خروجی روشن بشه ولتاژ خازن زیر ۷یا ۶ ولت شد خروجی خاموش بشه که تو اون شرایط خاص خروجی تند تند قطع و وصل نشه

با این شرحی که شما دادید اشمیت تریگر هم کمک خاصی نمیکنه ( من متوجه نشدم تلاطم آب چرا باید پارامتر کاری منظور بشه ... سطحش کفایت میکرد دیگه ... این مدار مشابه کنترل پمپ آب نمایی چیزی هست ؟ که تلاطم آب به منزله حضور آب کافی و عملکرد درست سیستم منظور شده ؟ )

الان شرط وصل بودن کلید میزان تلاطمه ، تاخیرش اوردر ۱۰ - ۱۵ ثانیه است ( زمانبندیتون با این مقادیر شماتیک درست در نمیاد )

تاخیر شارژ رو میتونید با کاهش مقاومت بالاکش کم کنید یا تایم دشارژ رو با افزایش مقاومت پایین کش زیاد کنید ...
یا برای دشارژ آفست بگذارید ، آفست ۱۰ ولت رو تغییر بدید و و و

بنظرم منطق عملکرد سیستم رو عوض کنید بهتره.

[Vahid.bkp]

پاسخ : اشمیت تریگر با خازن و مقاومت

با این شرحی که شما دادید اشمیت تریگر هم کمک خاصی نمیکنه ( من متوجه نشدم تلاطم آب چرا باید پارامتر کاری منظور بشه ... سطحش کفایت میکرد دیگه ... این مدار مشابه کنترل پمپ آب نمایی چیزی هست ؟ که تلاطم آب به منزله حضور آب کافی و عملکرد درست سیستم منظور شده ؟ )

الان شرط وصل بودن کلید میزان تلاطمه ، تاخیرش اوردر ۱۰ - ۱۵ ثانیه است ( زمانبندیتون با این مقادیر شماتیک درست در نمیاد )

تاخیر شارژ رو میتونید با کاهش مقاومت بالاکش کم کنید یا تایم دشارژ رو با افزایش مقاومت پایین کش زیاد کنید ...
یا برای دشارژ آفست بگذارید ، آفست ۱۰ ولت رو تغییر بدید و و و

بنظرم منطق عملکرد سیستم رو عوض کنید بهتره.

تلاطم اب به معنی واکنش شیمیایی یه ماده با اب هست که وقتی واکنش تموم بشه تلاطم هم تموم میشه سطح اب ساکن میشه. برا اندازه گیری سطح ساخته نشده این مدار.
بله شرط وصل بودن کلید میزان تلاطم اب هستش پارامتر دیگه ای هم برا اندازه گیری نیست مثلا واکنش گرما زا نیست که اندازه بگیریم.
اون مقاومت سری با خازن ۴۷ کیلو اهم هستش من اشتباه نوشتم.
الان زمان شارژ و دشارژ مشکلی نداره همه چی اوکیه از اون لحاظ میزان تاخیرها درسته.
تنها مشکل اینه که وقتی میزان شارژ خازن نزدیک ولتاژ استانه بالا پایین میشه مثلا بین ۹و نیم ولت تا ۱۰ و نیم ولت بالا پایین میشه خروجی تند تند قطع و وصل میشه.
من فقط میخوام اینجا یه بازه باشه که ولتاژ خازن بالای ۱۰ ولت که رفت خروجی فعال بشه ولی وقتی ولتاژ خازن پایین میاد به محض رفتن زیر ۱۰ ولت خروجی خاموش نشه مثلا زیر ۷ ولت خاموش بشه.
که اون تند تند خاموش روشن شدن خروجی تو اون لحظه از بین بره

[Amie.s.m]

پاسخ : اشمیت تریگر با خازن و مقاومت

تلاطم اب به معنی واکنش شیمیایی یه ماده با اب هست که وقتی واکنش تموم بشه تلاطم هم تموم میشه سطح اب ساکن میشه. برا اندازه گیری سطح ساخته نشده این مدار.
بله شرط وصل بودن کلید میزان تلاطم اب هستش پارامتر دیگه ای هم برا اندازه گیری نیست مثلا واکنش گرما زا نیست که اندازه بگیریم.
اون مقاومت سری با خازن ۴۷ کیلو اهم هستش من اشتباه نوشتم.
الان زمان شارژ و دشارژ مشکلی نداره همه چی اوکیه از اون لحاظ میزان تاخیرها درسته.
تنها مشکل اینه که وقتی میزان شارژ خازن نزدیک ولتاژ استانه بالا پایین میشه مثلا بین ۹و نیم ولت تا ۱۰ و نیم ولت بالا پایین میشه خروجی تند تند قطع و وصل میشه.
من فقط میخوام اینجا یه بازه باشه که ولتاژ خازن بالای ۱۰ ولت که رفت خروجی فعال بشه ولی وقتی ولتاژ خازن پایین میاد به محض رفتن زیر ۱۰ ولت خروجی خاموش نشه مثلا زیر ۷ ولت خاموش بشه.
که اون تند تند خاموش روشن شدن خروجی تو اون لحظه از بین بره

اوکی متوجه شدم ( کامل توضیح بدیم سریعتر به جواب میرسیم )

برای این وضعیت شما همون بازه هیسترزیس باید تعریف کنید که معادل همون اشمیت تریگر میشه ، راه دیگه ای نداره ...

فیدبک مثبت لازمه با یک مقاومت بزرگ ( حدود ۱۰۰ تا ۳۳۰ کیلو ) که ورودی non invert با این مقاومت سری به انتگرال گیر زمانی فعلی ( خازن و مقاومت ) وصل بشه ،
این مقاومت سری جلوی بارگذاری خازن توسط مقاومت فیدبک مثبت رو میگیره ...
معادلش هم روی ورودی invert مقاومت سری قرار بدید بهتره ( اجباری نیست از نظر تئوری طراحی با اپ امپهای قدیمی ترانزیستوری سیستم متعادل تر میشه ) ...

[Vahid.bkp]

پاسخ : اشمیت تریگر با خازن و مقاومت

اوکی متوجه شدم ( کامل توضیح بدیم سریعتر به جواب میرسیم )

برای این وضعیت شما همون بازه هیسترزیس باید تعریف کنید که معادل همون اشمیت تریگر میشه ، راه دیگه ای نداره ...

فیدبک مثبت لازمه با یک مقاومت بزرگ ( حدود ۱۰۰ تا ۳۳۰ کیلو ) که ورودی non invert با این مقاومت سری به انتگرال گیر زمانی فعلی ( خازن و مقاومت ) وصل بشه ،
این مقاومت سری جلوی بارگذاری خازن توسط مقاومت فیدبک مثبت رو میگیره ...
معادلش هم روی ورودی invert مقاومت سری قرار بدید بهتره ( اجباری نیست از نظر تئوری طراحی با اپ امپهای قدیمی ترانزیستوری سیستم متعادل تر میشه ) ...

کاری که گفتین و انجام دادم ولی ۲تا مشکل پیش میاد
اول اینکه ولتاژ ورکدی مثبت اپ امپ میشه تقسیم ولتاژ بین مقاومت فیدبک و مقاومت سری با ورودی باعث میشه تاخیر خیلی زیاد بشه در وصل شدن خروجی.
دوم اینکه بازم خازن خیلی دیر دشارژ میشه بخاطر جریانی که از فیدبک برمیگرده تو خازن.
بنظرتون این کاری که تو این شماتیک کردم کار درستیه؟ عکسشو میزارم.
یه زنر مثلا ۸ ولتی با یه ترانزیستور با زنر قبلی موازی کنم وقتی خروجی فعال شد زنر دوم بیاد تو مدار ولتاژ استانه رو بیاره پایین.

[Amie.s.m]

پاسخ : اشمیت تریگر با خازن و مقاومت

کاری که گفتین و انجام دادم ولی ۲تا مشکل پیش میاد
اول اینکه ولتاژ ورکدی مثبت اپ امپ میشه تقسیم ولتاژ بین مقاومت فیدبک و مقاومت سری با ورودی باعث میشه تاخیر خیلی زیاد بشه در وصل شدن خروجی.
دوم اینکه بازم خازن خیلی دیر دشارژ میشه بخاطر جریانی که از فیدبک برمیگرده تو خازن.
بنظرتون این کاری که تو این شماتیک کردم کار درستیه؟

ببینید اشمیت تریگر و مقایسه کننده هیسترزیس دار اصولا مستقل از وضعیت ورودی باید کار کنه ... اگر قرار باشه فیدبک باعث بارگذاری روی منبع سیگنال بشه که کلا وضعیت امپلی فایر و تحلیل مدارش بهم میریزه .

شما یه بخش فیدبک رو داری اشتباه وصل میکنی ... نباید منبع سیگنال به پایه مثبت ( مستقیم یا سری ) وصل بشه .

کاری که باید انجام بدید رو یه بار مرور کنیم میشه :
از خروجی یک مقاومت فیدبک اومده به ورودی مثبت اپ امپ وصل شده ( اسمش رو میگذاریم Rf ) .
ورودی مثبت با یک مقاومت سری به مرجع ولتاژی که قراره رفرنس یا گرند مجازی مدار باشه وصل شده ( اسمش رو میگذاریم Rb .. ولتاژ مرجع هم میشه vref)

منبع سیگنال ( اونی که قراره اپ امپ ولتاژش رو نسبت به گرند مجازی یا مرجع فوق مقایسه کنه ) با یک مقاومت سری به ورودی منفی اپ امپ وصل شده .( اسمش رو میگذاریم Rs )
امپدانس بار هم اسمش رو میگذاریم RL که در مدار شما فرض کن با تقریب همون R5 هست .
آستانه پایین و بالا هیسترزیس از طریق روابط پایین بدست میاد :

Rs باید مقدارش معادل Rb موازی با Rf باشه .
ولتاژ آستانه بالا vth1= vref+ (vcc-vref)Rb/(Rb+Rf+RL)
ولتاژ آستانه پایین vth2=vref-(vref-VoL)Rb/(Rs+Rb)

پارامتر VoL ولتاژ خروجی ریل پایین اپ امپه ( اگر خروجی اپ امپ rail to rail باشه یا بجای اپ امپ comprator استفاده شده باشه VoL میشه تغذیه منفی یا در مدار شما همون صفر ... در غیر اینصورت VoL رو باید در دیتاشیت اپ امپ مورد استفاده ببینید در حالت اشباع چقدره معادل اون رو بگذارید .

چون در حالت مقایسه کننده سیگنال به ورودی invert اپ امپ وصله و فیدبک هم به این پایه مرتبط نیست
اولا بوسیله فیدبک ورودی سیگنال بارگذاری نخواهد شد .
ثانیا امپدانس ورودی اپ امپ نسبت به امپدانس منبع ولتاژ شما اونقدر بزرگه که میتونید بینهایت فرضش کنید . نتیجتا اپ امپ صرفا ولتاژ منبع ورودی رو بعنوان حد مقایسه invert در نظر میگیره .
ولتاژ مرجع با مقاومت Rb سری شده و فیدبک یک مقسم مقاومتی تشکیل میده که ورودی non invert باندازه vref باضافه جمع برداری مقسم فوق و بسته به وضعیت خروجی متغیر میشه ، این جابجایی مرجع باعث ایجاد هیسترزیس مطابق روابط فوق خواهد شد .

چون Rf نسبت به Rl و Rb عدد خیلی بزرگتری داره در معادله آستانه هدایت بالا vth1 امپدانس با. پارامتر چندان تاثیر گذاری نیست و میشه با تقربب مناسب حذفش کرد .

در معادله آستانه هدایت پایین vth2 اگر اپ امپ خروجی منفیش ریل منفی باشه ( کمپراتورها اختصاصا این بخش منفی معادل ریل رو بدون مشکل و اشباع و غیره ارائه میدن که قبلا اشاره کردم بجای اپ امپ بهتره از کمپراتور استفاده کنید ... کمپراتورها خروجیشون اپن کلکتور یا اپن درینه خروجی مثبت نمیتونن ارائه بدن بوسیله مقاومت پول آپ خروجی مثبت میشه حالت بینابین هم ندارن یا خروجی صفر ریله یا بوسیله پول آپ معادل ریل مثبته )

در هر صورت با فرض VoL برابر صفر این پارامتر از معادله دوم حذف میشه ... RS تقرببا برابر با RB در میاد ( چون Rf نسبت به Rb خیلی بزرگه حاصل موازی این دو تا که شده RS تقرببا همون Rb میشه )
معادله به شکل vth2= vref - (vref)Rb/2 در میاد که ساده میشه به
vth2 = vref - vref/2 یا همون 1/2 ولتاژ مرجع خواهد شد ( برای هیسترزیس معادل نسبت مقسم مقاومتی Rb به Rf ولتاژ مرجع جابجا میشه )
شماتیک دوم غلطه ، ( از نظر کار کردن مدار به شرطها و شروطها ممکنه کار کنه ولی غملکرد هیسترزیس مد نظرتون رو نمیده )
از نظر تحلیل مدار دو تا ترانزیستور بیسهاشون باهم موازیه ( امیترها هم به همین ترتیب ) آستانه هدایت هر کدوم از ترانزیستورها پایینتر باشه کل جریان بایاس از اون ترانزیستور عبور میکنه دیگه دومی به مرحله هدایت نخواهد رسید.
زنری که گذاشتید با ترانزیستور وارد مدار میشه اگر این ترانزیستور بایاس نشه ( یا جریان تحریکش کمتر از حدی باشه که بتا برابرش بعنوان جریان زنر دوم منظور شده ) زنر ولتاژ پایین یا با یک مقاومت خیلی بزرگ سری شده که وارد عمل نمیشه .
اگر جریان بایاس از ترانزیستور دوم عیور کنه و کافی باشه اتوماتیک به معنی عدم بایاس ترانزیستور اوله ... در اینحالت زنر ۸ ولت با یک مقاومت متغیر کوچک ( نسبت به جریان تحریک ) سری شده که اگر از آستانه زنر ۱۰ ولتی بیاد پایینتر دیگه زنر ۱۰ ولتی موضوعیت نداره ( آستانه فعال شدن خروجی میشه ۸ ولت ) وقتی ولتاژ ورودی بیاد زیر ۸ خروجی اپ امپ صفر میشه ترانزیستور غیر فعال و زنر ۸ ولت از مدار خارج میشه ، ولتاژ مرجع منفی اپ امپ میشه ۱۰ ولت که طبیعتا از ورودی بیشتره و خروجی کماکان صفر میمونه ...

در تمام حالات متصور منوط به بایاس شدن ترانزیستور Q2 ولتاژ مرجع ۸ ولته . شرط ۱۰ ولت مرجع زمانی برقراره که خروجی اپ امپ صفر باشه ...