シュミットトリガーモードでオペアンプコンパレーターを機能させるにはどうすればよいですか？

小さな12Vケースのファンを制御したい。R ₁、R ₂、およびR _3の値を設定して、ファンが40 ^o C 以上の温度で動作するようにします。

この種のシステムでは、コンパレータの出力がハイとローの間で急速に変化する決定的な領域があることを理解しています。温度が40の近傍にあるときに、この実用例では、^O C、不安定な挙動が存在することになります。

シュミットトリガーモードでこの回路を機能させる方法はありますか（例：38 ^o C 未満で停止し、42 ^o Cを超えて開始し、38 ^o Cと42 ^o Cの間で以前の状態を維持します）、変更を最小限にします。シュミットトリガーロジックゲートを使用しません。

シュミットトリガーを作成するには、オペアンプの出力から非反転入力への正のフィードバックを供給する必要があります。通常、この入力はしきい値電圧であり、オペアンプの出力に応じて2つの値（ヒステリシス）のいずれかを取ります。

あなたのケースでは、非反転入力に信号があります。このように動作させることもできますが、両方の入力を切り替えて、R1とPTCを入れ替えることも同じ動作です。PTC抵抗が高いと反転入力が減少し、しきい値に達するとファンが作動します。スイッチオン。それでは、それを実行して、出力からR5をR2 / R3ノードに追加します。

$V_H$$V_L$

次に、R2 / R3 / R5ノードにKCL（キルヒホッフの現在の法則）を適用します。

$\dfrac{12 V - V_L}{R3} + \dfrac{0 V - V_L}{R5} = \dfrac{V_L}{R2}$

そして

$\dfrac{12 V - V_H}{R3} + \dfrac{12 V - V_H}{R5} = \dfrac{V_H}{R2}$

$V_H$$V_L$

$\Omega$

$\begin{cases} \dfrac{12 V - 5 V}{R3} + \dfrac{0 V - 5 V}{R5} = \dfrac{5 V}{10 k\Omega} \\ \\ \\ \dfrac{12 V - 6 V}{R3} + \dfrac{12 V - 6 V}{R5} = \dfrac{6 V}{10 k\Omega} \end{cases}$

または

$\begin{cases} \dfrac{7 V}{R3} - \dfrac{5 V}{R5} = \dfrac{5 V}{10 k\Omega} \\ \\ \\ \dfrac{6 V}{R3} + \dfrac{6 V}{R5} = \dfrac{6 V}{10 k\Omega} \end{cases}$

それからいくつかの交換とシャッフルの後、私たちは見つけます

$\begin{cases} R3 = 12 k\Omega \\ R5 = 60 k\Omega \end{cases}$

あまり一般的ではありませんが、現在の回路図を使用することもでき、計算も同様です。ここでも、出力と非反転入力の間にR5フィードバック抵抗を追加します。これで、リファレンス入力は比率R2 / R3で固定され、ヒステリシスによって測定電圧が上下にシフトします。少なくとも私にとっては、慣れる必要があります。

$_L$$_H$

$\begin{cases} \dfrac{6 V}{PTC_H} = \dfrac{12 V - 6 V}{R1} + \dfrac{0 V - 6 V}{R5} \\ \\ \\ \dfrac{6 V}{PTC_L} = \dfrac{12 V - 6 V}{R1} + \dfrac{12 V - 6 V}{R5} \end{cases}$

再び、R1とR5を解きます。

オペアンプにヒステリシスを追加するには、いくつかの正帰還抵抗を追加する必要があります。

画像のソース

これは、 $V_{in}$ キルヒホッフの現行法に由来するノード：

$\dfrac{V_{in} - V_{dd}}{R_1} + \dfrac{V_{in} - V_{ss}}{R_2} + \dfrac{V_{in} - V_{out}}{R_f} = 0$

オペアンプの特性から、次のことがわかります。

Vin <= VIL ==> Vout = VOL (Low  State)
Vin >= VIH ==> Vout = VOH (High State)

したがって、これら2つの状態に対して2つの別々の方程式を書くことができます。

$\dfrac{V_{IL} - V_{dd}}{R_1} + \dfrac{V_{IL} - V_{ss}}{R_2} + \dfrac{V_{IL} - V_{OL}}{R_f} = 0 \\ \dfrac{V_{IL}}{R_1 // R_2 // R_f} = \dfrac{V_{dd}}{R_1} + \dfrac{V_{ss}}{R_2} + \dfrac{V_{OL}}{R_f} \\ V_{IL} = (R_1 // R_2 // R_f) \left[ \dfrac{V_{dd}}{R_1} + \dfrac{V_{ss}}{R_2} + \dfrac{V_{OL}}{R_f} \right] \\ V_{IH} = (R_1 // R_2 // R_f) \left[ \dfrac{V_{dd}}{R_1} + \dfrac{V_{ss}}{R_2} + \dfrac{V_{OH}}{R_f} \right] \\ $

例：

R1  = 100k
R2  = 100k
Vdd = +15V
Vss = -15V
VOH = +13V
VOL = -13V

% Matlab code for the plotting

R1              = 100000;
R2              = 100000;
Vdd             = +15;
Vss             = -15;
VOH             = +13;
VOL             = -13;

RMIN            = 10000;        % 10k
RMAX            = 10000000;     % 10M
VMIN            = -10.0;
VMAX            = +10.0;
POINTS          = (RMAX - RMIN) / 100;

Rf              = linspace(RMIN, RMAX, POINTS);
VIL             = zeros(1, POINTS);
VIH             = zeros(1, POINTS);

for i = 1 : 1 : POINTS
    VIL(i) = 1 / ((1/R1) + (1/R2) + (1/Rf(i))) * ((Vdd/R1) + (Vss/R2) + (VOL/Rf(i)));
    VIH(i) = 1 / ((1/R1) + (1/R2) + (1/Rf(i))) * ((Vdd/R1) + (Vss/R2) + (VOH/Rf(i)));
end;

close all;
hFig = figure;
hold on;
plot([0 10], [0 0], 'Color', [0.75 0.75 0.75]);
plot(Rf/1000000, VIL, 'Color', [0 0 1]);
plot(Rf/1000000, VIH, 'Color', [1 0 0]);
xlim([RMIN/1000000, RMAX/1000000]);
ylim([VMIN, VMAX]);
xlabel('R_f (M\Omega)');
ylabel('VIL & VIH (V)');
hold off;

前にコメントしたように、フィードバックを使用することは、オペアンプを使用してヒステリシスをアーカイブするための鍵です。

Albert Leeによるこの記事では、実際の方法でそれを行う方法と、システムで必要なヒステリシスレベルを計算するための数学を行う方法を示します。