Двухпороговые компараторы и их применение

Рассказать в:

                                             Двухпороговые компараторы и их применение

                       Компараторы находят широкое применение в различ­ных устройствах автоматики и телемеханики. Но при их применении есть одно "но".

Многим радиолюбителям известен так называемый "триггерный эффект" на пороге срабатывания термо, фотореле, автоматического зарядного устройства и т.п. Устройство может сработать нормально десятки раз, но иногда наступает такой неприятный момент, когда испол­нительное реле включится, сразу же выключится, опять включится и т.д. Такое явление может проявляться довольно длительное время - "подгора­ют" контакты реле, да и ресурс работы реле не безграничен. Если в схеме применены тири­сторы, то при частом включе­нии-выключении они могут греться и выходить из строя, вы­давая в питающую сеть при этом массу гармоник.

В молодости я повторил не­мало схем из журнала "Радио", построенных с использованием компараторов. В большинстве этих схем "триггерный эффект" был налицо. С 2000 года я боль­ше ничего не повторял и занял­ся самостоятельным конструи­рованием. Для исключения "триггерного эффекта" в схемах на обычных компараторах я применил двухпороговые ком­параторы (т.е. такие компарато­ры, пороги перехода которых из состояния положительного на­сыщения в состояние отрица­тельного насыщения и наобо­рот отличаются друг от друга на небольшую величину).

Двухпороговые компараторы и их применение  Двухпороговые компараторы и их применение

На рис. 1а, рис. 16 изобра­жены схемы терморегуляторов, в которых использованы двух­пороговые компараторы. Раз­ность температуры включения и выключения реле К1 (рис. 1а) подбирается подбором сопро­тивления резистора r2; вклю­чения и выключения тринистора vs1 (рис. 16) подбором со­противления резистора r2.

На длительное время я ус­покоился (казалось, что более простых компараторов, чем разработал я, уже ни я и никто другой не придумает). Но, небрежно листая мой любимый учебник [1], я обратил вни­мание на схему двухлорогового компаратора (в данной статье - рис. 2а).

Двухпороговые компараторы и их применение

В данной схеме компаратора применена положитель­ная обратная связь (ПОС) через цепочку r1, r2, а вход­ной сигнал подается на инвертирующий вход ОУ.


На рис. 26 построена передаточная характеристика этого компаратора. Объясним ее ход. При значительном отрицательном напряжении на инвертирующем входе ОУ uвых.=Квых.мах . Напряжение unp. на прямом входе ОУ вызвано воздействием ивых. и uo. Найдем его методом суперпозиции, учитывая, что для обоих напряжений це­почка r1, r2 выполняет роль делителя:

unp.l = uo-r1/(r 1 +r2)+ubbix.max-r2/(r1 +r2) (1) Компаратор будет в режиме положительного насыще­ния (uвых.= uвых.max.) при ubx.<unp.1. При 1)вх.=ипр.1 произойдет переключение компаратора. Остановимся на этом процессе подробнее.

При ubx.=unp.1 выходное напряжение ОУ начнет уменьшаться. Отрицательное приращение выходного напряжения по цепочке ПОС r1, r2 поступит на пря­мой вход ОУ, и появится отрицательное приращение напряжения на прямом входе ОУ. Операционный усили­тель усилит это приращение, и на выходе приращение напряжения, которое вновь вызовет изменение напря­жения на прямом входе ОУ. Процесс будет развиваться лавинообразно и завершится, когда ивых. достигает зна­чения -uвых.mах. Таким образом, ПОС ускоряет процесс переключения компаратора. Такой ускоренный ход пе­реключения какого-либо устройства под действием ПОС носит название регенеративного процесса. При uвых. - -uвых.mах.

uno.2 = uo-r1/(r1+r2hjbbix.max.r2/(r1+r2) (2) Отрицательное насыщение ОУ будет сохраняться при ubx.>unp.2. При уменьшении Квх. до значения unp.2 произойдет новое переключение компаратора, процесс опять будет развиваться регенеративно и выходное напря­жение мгновенно достигнет значения ивых.тах. Таким об­разом, передаточная характеристика компаратора рис. 2в имеет гистерозисный характер и переключение компа­ратора при увеличении и уменьшении uex. происходит при разных напряжениях unp.1 и unp.2. Ширина петли гистерезиса (unp.1 - unp.2) увеличивается с увеличени­ем отношения r1/r2.

Как все просто и красиво. Правда Я тоже так сразу подумал.

Первая проблема - компаратор, построенный на ОУ, в подавляющем большинстве случаев работает совместно с логическими и цифровыми микросхемами, следователь­но, двухлолярный источник питания нам как бы и не ну­жен. Ну да ладно, эта проблема решается очень просто. Всего-навсего необходимо ножку ОУ, на которую подает­ся отрицательное напряжение источника питания, соединить с общим проводом однополярного блока питания.

При этом формулы (1) и 2) превратится в формулы (3) и (4) соответственно.

unp.1 = uo-r1/(r1+r2)+ubb)x.max. r2/(r1+r2) (3) unp.2 = uo-r1/(r1+r2)   (4)

Вторая проблема посерьезнее. Чтобы компаратор на рис. 2а был таким красивым, как это описано в [1], ис­точник образцового напряжения uo должен быть идеаль­ным, т.е. иметь очень малое внутреннее сопротивление. Такое условие в реальных блоках питания никогда не выпол­няется, а применение гальванических источников питания в подавляющем числе случаев нецелесообразно. Я решил эту проблему. Результат - схема тер­морегулятора, изображенная на рис. 3.

Двухпороговые компараторы и их применение

Схема терморегулятора с тиристором в силовой части свободна от явления "Триггерного эффекта".

Предположим, что данный терморегулятор ис­пользуют для инкубатора, необходимая температу­ра воздуха в нем должна быть в пределах +38.. .+39 градусов (данный диапазон температур выставля­ют переменным резистором r2). На ОУ микросхе­мы da1 выполнен двухпороговый компаратор. Если температура в инкубаторе ниже +38 градусов, со противление терморезистора сравнительно боль­шое, напряжение на инверсном входе ОУ da1 мень­ше напряжения на прямом входе (напряжение на прямом входе приблизительно 3,2 В), компаратор на ОУ находоггся в состоянии положительного на­сыщения (около 10 В на его выходе).

На управляющий электрод тринистора vs1 подается положительный потенциал относитель­но его катода, тиристор открыт, нагревательный элемент rh включен.

При достижении температуры воздуха в ин­кубаторе +38 градусов сопротивление термо­резистора r3 уменьшается, компаратор на da1 переходит в состояние отрицательного насыщения (отсутствие напряжения на его выходе).

На управляющем электроде тиристора устано­вится низкий потенциал относительно его катода , тиристор закроется, и нагреватель отключится от питаю­щей сети.

За счет того, что подстроечный резистор r5 с резис­тором r4 образуют цепь положительной обратной связи, включаться и выключаться нагреватель будет при немно­го разной температуре.

Таким образом, температура в инкубаторе поддержи­вается в пределах 4-38...+39 градусов (необходимую раз­ность температур выставляют подбором сопротивления резистора r5), и явление "триггерного эффекта" в дан­ной схеме терморегулятора отсутствует. При налажива­нии и эксплуатации устройства необходимо соблюдать осторожность и не касаться деталей, так как в схеме при­сутствует потенциал сети.

Целесообразно для более точной и плавной регули­ровки температуры подобрать переменный резистор r2.

Диоды vd1 ...vd4 можно исключить. В этом случае на нагревателе Ян будет только одна полуволна сетевого напряжения, т.е. при мощности 500 Вт на нагревателе будет выделяться 250 Вт, и значительно возрастет надеж­ность и долговечность самого нагревателя.

Печатные платы терморегуляторов рис. 1а и рис. 3 изображены на рис. 4.

Двухпороговые компараторы и их применение

Рисунки печатных плат (файл 2compiip) вы можете загрузить с сайта нашего журнала: http://www.radloliga.com (раздел "Программы")

Александр Маиысовский

Литература

1. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная элек­троника. Москва. Энергоатомиздат. 1988 г.                                                                            ,

гюс. Шевченко Донецкой обл.


Раздел: [Измерительная техника]

Сохрани статью в:

Оставь свой комментарий или вопрос:


Тясячи схем в категориях:
-> Прочее
-> Измерительная техника
-> Приборы
-> Схемыэлектрооборудования
-> Источники питания (прочие полезные конструкции)
-> Теоретические материалы
-> Справочные материалы
-> Устройства на микроконтроллерах
-> Зарядные устройства (для батареек)
-> Зарядные устройства (для авто)
-> Преобразователи напряжения (инверторы)
-> Все для кулера (Вентилятора)
-> Радиомикрофоны, жучки
-> Металоискатели
-> Регуляторы мощности
-> Охрана (Сигнализация)
-> Управление освещением
-> Таймеры (влажность, давление)
-> Трансиверы и радиостанции
-> Конструкции для дома
-> Конструкции простой сложности
-> Конкурс на лучшую конструкцию на микроконтроллерах
-> Конструкции средней сложности
-> Стабилизаторы
-> Усилители мощности низкой частоты (на транзисторах)
-> Блоки питания (импульсные)
-> Усилители мощности высокой частоты
-> Приспособления для пайки и конструирования плат
-> Термометры
-> Борт. сеть
-> Измерительные приборы (тахометр, вольтметр итд)
-> Железо
-> Паяльники ипаяльные станции
-> Радиопередатчики
-> Вспомогательные устройства
-> Телевизионная техника
-> Регуляторы тембра, громкости
-> Блоки питания (лабораторные)
-> Усилители мощности низкой частоты (на микросхемах)
-> Другие устройства для усилителей
-> Cветовое оформление новогодней ёлки или праздничного зала
-> Глушилки
-> Телефонные жуки
-> Инфракрасная техника
-> Медицинская техника
-> Телефония
-> Для животного мира
-> Конструируем усилители
-> Антенны и усилители к ним
-> Звонки
-> Электронные игрушки
-> Усилители мощности низкой частоты (ламповые)
-> Управление двигателями (питание от однофазной сети)
-> Программаторы микроконтроллеров
-> Сверлилки
-> Изучаем микроконтроллеры
-> Радиоприемники
-> Сигнализации
-> Сотовая связь
-> USB-устройства
-> Блоки питания (трансформаторные)
-> Радиостанции простые в изготовлении
-> Источники питания (для усилителей)
-> Прочеее
-> защита от короткого замыкания (электронные предохранители)
-> Зарядные устройства (для радиостанций)
-> Мигалки
-> Cварочное оборудование
-> Кодовые электронные замки
-> Блоки питания (бестрансформаторные)
-> Часы
-> Управление поворотниками
-> Зажигание
-> Управление водой (насосы для скважин или колодцев, полив растений)
-> Моделирование
-> Блоки управления стеклоочистителями
-> Предварительные усилители
-> Защита от перегрузки и перегрева
-> Динамики
-> Ремонт бытовой техники
-> Дистанционное управление компьютером
-> Акустические микрофоны и преобразователи
-> Спутниковое ТВ
-> Gsm антенны, примочки, усилители, ретрансляторы.
-> Пищалки
-> Роботы
-> Ретрансляторы
-> Паяльники и паяльные станции
-> Звуковые сигнализаторы
-> Рули и джойстики
-> Схемы электрооборудования
-> Все для "кулера" (Вентилятора)
-> Работа с BGA микросхемами
-> Фильтры
-> Сабвуферы
Рейтинг@Mail.ru