このブログのほとんどの自動バッテリー充電器回路では、いくつかの重要な機能にヒステリシス機能が含まれているオペアンプを見たことがあるかもしれません。次の記事では、オペアンプ回路のヒステリシス機能の重要性と設計手法について説明します。
ヒステリシスとは何かを正確に知るには、この記事を参照してください。 リレーの例でヒステリシスを説明する
動作原理
図2は、ヒステリシスを使用しないコンパレータの従来の設計を示しています。この配置は、分圧器（RxおよびRy）を使用して最小しきい値電圧を確立することによって機能します。
コンパレータは、入力信号または電圧（Vln）を評価し、設定されたしきい値電圧（Vth）と比較します。
比較対象のコンパレータ入力給電電圧は反転入力に接続されているため、出力は反転極性になります。
Vin> Vthのたびに、出力は負の電源に近づくはずです（示されている図ではGNDまたはロジックロー）。そしてVlnが この簡単なソリューションにより、温度などの本物の信号が特定の決定的なしきい値制限を超えているかどうかを判断できます。 それでも、この手法を使用すると苦境に陥る可能性があります。入力フィード信号への干渉により、入力が設定されたしきい値の上下で切り替わる可能性があり、出力結果に一貫性がないか変動する可能性があります。 図3は、入力電圧パターンが変動するヒステリシスのないコンパレータの出力応答を示しています。 入力信号電圧が（分圧器ネットワークによって）設定された制限に到達している間（Vth = 2.5V）、インスタンスの数で最小しきい値の上と下に調整されます。 その結果、出力も入力に応じて変動します。実際の回路では、この不安定な出力は簡単に好ましくない問題を引き起こす可能性があります。 例として、入力信号を温度パラメータ、出力応答を重要な温度ベースのアプリケーションと考えてください。これはたまたまマイクロコントローラによって解釈されます。 変動する出力信号応答は、マイクロコントローラーに忠実な情報を提供しない可能性があり、重要なしきい値レベルでマイクロコントローラーに「紛らわしい」結果をもたらす可能性があります。 さらに、モーターまたはバルブを操作するためにコンパレータ出力が必要であると想像してください。しきい値制限中のこの一貫性のない切り替えにより、重大なしきい値状況の過程で、バルブまたはモーターが何度もオン/オフに切り替えられる可能性があります。 しかし、コンパレータ回路を少し変更することによる「クールな」ソリューションでは、ヒステリシスを含めることができます。これにより、しきい値の切り替え中のジッタのある出力が完全に排除されます。 ヒステリシスは、説明した回路に見られるように、変動する遷移から明確に保つために、いくつかの異なるしきい値電圧制限を利用します。 入力信号フィードは、低出力の切り替えを生成するために上限しきい値（VH）を超えるか、高出力に切り替えるために下限設定しきい値制限（VL）を下回る必要があります。 図4は、コンパレータのヒステリシスを示しています。抵抗Rhはヒステリシスしきい値レベルでロックします。 出力がロジックハイ（5V）になるたびに、RhはRxと並列のままになります。これにより、余分な電流がRyに押し込まれ、しきい値制限電圧（VH）が2.7Vに上昇します。出力応答をロジックロー（0V）に移行するように促すには、入力信号がVH = 2.7Vを超える必要がある可能性があります。 出力がロジックロー（0V）のとき、RhはRyと並列に設定されます。これにより、Ryへの電流が削減され、しきい値電圧が2.3Vに低下します。入力信号はVL = 2.3Vを下回り、出力をロジックハイ（5V）に安定させます。 図5は、入力電圧が変動するヒステリシスを持つコンパレータの出力を示しています。入力信号レベルは、オペアンプ出力がロジックロー（0V）にスリップダウンするために、上限しきい値（VH = 2.7V）を超えて移動することになっています。 また、オペアンプ出力がスムーズにロジックハイ（5V）に上昇するには、入力信号レベルが下限しきい値を下回る必要があります。 この例の外乱は無視できるため、ヒステリシスのおかげで無視できます。 しかし、そうは言っても、入力信号レベルがヒステリシス計算範囲（2.7V〜2.3V）を超えている場合、補足的な変動する出力遷移応答が生成される可能性があります。 これを改善するには、ヒステリシス範囲の設定を十分に拡張して、特定の回路モデルで誘発された外乱を解消する必要があります。 セクション2.1は、選択したアプリケーションの要求に応じてしきい値を修正するコンポーネントを決定するためのソリューションを提供します。 式（1）および（2）は、ヒステリシスしきい値電圧VHおよびVLを作成する抵抗を決定するのに役立ちます。単一の値（RX）を任意に選択する必要があります。 この図では、消費電流を減らすためにRXが100kに決定されています。 Rhは575kと計算されたため、即時の標準値576kが実装されました。式（1）および（2）の確認は、付録Aに示されています。 Rh / Rx = VL / VH-VL IC 741バッテリ充電器回路の例を取り上げ、フィードバックヒステリシス抵抗によって、ユーザーがリレーのフル充電カットオフと低電荷回復を電圧差によってどのように設定できるかを学習します。ヒステリシスが導入されていない場合、リレーはカットオフレベルで急速にオンオフに切り替わり、システムに重大な問題を引き起こします。 この質問は、このブログの熱心な読者の1人であるマイク氏によって提起されました。 質問： 1）こんにちは、この回路は非常に天才です！ しかし、コンパレータオペアンプについていくつか質問があります 基準電圧に4.7ツェナーが使用されているのはなぜですか？放電のために12ボルトが11を下回らないようにするには、なぜこのような低いツェナー値を使用するのでしょうか。 仮想接地点へのフィードバック抵抗は100K抵抗ですか？もしそうなら、なぜこの値が選ばれたのですか？ 助けてくれてありがとう！ 2）また、申し訳ありませんが、BC 547トランジスタのベースに4.7ツェナーがあるのはなぜですか？ 3）このサーキットについての今日の私の最後の質問でもあります。赤/緑の表示LEDはどのように点灯しますか？つまり、赤色LEDは抵抗を介して上部+レールに接続され、OPAMPの出力に接続されてから、緑色LEDに向かって直列に下降します。 両方の回路で直列になっているため、両方が同時にオンになっているように見えます。 フィードバック回路や仮想接地と関係がありますか？ああ、私は見るかもしれないと思います。したがって、OPAMPがオフの場合、上部の赤いLED 電流はフィードバック抵抗を通過して（したがって「オン」になり）仮想接地点に流れますか？しかし、OPAMPに出力がある場合、どのようにオフになりますか？ OP AMPが出力を取得すると、緑色のLEDに低下していることがわかりますが、その状態で、赤色のLEDはどのようにオフになりますか？ 助けてくれてありがとう！ 私の返信 4.7は固定値ではなく、他の値に変更することもできます。ピン＃3プリセットは、最終的に、選択したツェナー値に従ってしきい値を調整および調整します。 質問 それで、基準電圧はツェナーがピン2（上面オペアンプ）にあるということですか？ 100Kのフィードバック抵抗とポットが ヒステリシス値 （つまり、オペアンプを+レール電圧まで高くスイングさせるためのピン2と3の違い）？ この構成のオペアンプは、常にピン2と3をフィードバック抵抗を介して同じ値に到達させようとしています。正しい（フィードバック分周器が@ 0で、ピン3が@グラウンドであるためゼロ）？ 私はこのソーラー充電器コントローラーがフィードバックなしで行われ、電圧リファレンスピンともう一方のポットを備えたいくつかのオペアンプを使用しているのを見てきました。 この場合、ヒステリシスがどのように機能しているかを理解しようとしていますが、この回路の計算は理解できません。 100k 10kプリセットフィードバックは絶対に必要ですか？ 他のオペアンプ回路では、フィードバックを使用せず、コンパレータ構成モードで使用し、反転/非反転ピンの基準電圧を使用します。1を超えると、オペアンプはレール電圧までスイングします。 フィードバックは何をしていますか？オペアンプのゲイン式を理解しました。この場合、100k / 10k x POT電圧（プリセット）値と4.7ツェナーの電圧差ですか？ または、これはシュミットトリガータイプのヒステリシスUTPLTP回路ですか 私が見たほとんどの100k / 10kオペアンプコンパレータではまだフィードバックが得られません。飽和状態でオペアンプを使用しているだけです。なぜこれに対するフィードバックとゲインを説明できますか？ 10Kプリセットは12ボルトレールからの電圧を分割するために使用されていますよね？では、POTワイパーによるプリセット値が多いのはいつですか？ 4.7Vツェナーよりもオペアンプを高くスイングしますか？それでも100kのフィードバックが得られず、コンパレータ回路で使用される理由 私の返信 オペアンプ回路でフィードバック抵抗がどのように機能するかを理解するには、上の図の例を参照してください。 分圧器がどのように機能するか知っていると思いますか？いっぱいになるとすぐに 充電しきい値が検出され、ピン＃3プリセットの調整により、ピン＃3の電圧がピン＃2ツェナー電圧よりもわずかに高くなります。これにより、オペアンプの出力が以前のゼロボルトから電源レベルまでスイングします。つまり、0から14Vに瞬時に変化します。 この状況では、フィードバックが「正電源」とピン＃3の間に接続されていると想定できます...これが発生すると、フィードバック抵抗がこの14Vをピン＃3に供給し始めます。これは、プリセット電圧をさらに強化し、いくつかを追加することを意味します。抵抗値に応じて余分な電圧が発生します。技術的には、このフィードバックは、センターアームとポジティブアームの間に設定されたプリセット抵抗と並列になることを意味します。 したがって、遷移中にピン＃3が4.8Vであり、これにより出力が電源レベルに切り替わり、電源がフィードバック抵抗を介してピン＃3に戻ることができ、ピン＃3が5Vで少し高くなると仮定します。 ....このピン＃3の電圧は、5Vに上げられているため、4.7Vのツェナー値レベルを下回るまでに時間がかかります...これはヒステリシスと呼ばれます。 両方のLEDは、ジャンクションがオペアンプのピン＃6に接続されているため、決して点灯しません。オペアンプのピン＃6は、0Vまたは電源電圧のいずれかで接続され、赤色LEDまたは緑色のいずれかが点灯することを確認します。 質問 私のすべての質問、特にフィードバックに関する質問に答えてくれてありがとう、それは少し高度な構成のようですので、私にとってはこの低電圧セットポイント回路オプションは非反転で14ボルト、反転で12ボルトのツェナーでも機能します基準ピン。 14 VDCレールが12に低下すると、オペアンプの出力がオンになります。これにより、回路の低電圧部分がアクティブになります。あなたの場合、10kポットは単に「調整」、「分割」、または14ボルトレールを4.7ツェナーに近い電圧に近づけていますか？14VDCを制御しています。 つまり、11 VDCなどになったら、オペアンプを高く振る比率が必要です。 4.7を別のツェナー値に置き換えた場合、ポットディバイダーは新しい比率を設定しますが、ポットはまだ「追従」しているか、レール14 VDCとの比率ですか？ 1つのオペアンプピンに14VDCを配置する代わりに、ディバイダを介してドロップしますが、比率は、10Kポットを介してたとえば14VDCから11 VDCへの小さなドロップを制御しています。これは4.7Vにドロップしますか？ 回路が11VDC（低電圧セットポイントを設定したい場所）からの「スプレッド」と4.7vdcの基準電圧をどのように閉じるかを理解しようとしています。私が見たコンパレータ回路のほとんどは、ピン2にref vdc、たとえば6VDCを持っています。レール電圧はたとえば12VDCです。次に、ポットは12VDCのレールから仕切りをセットアップし、仕切りの中間点を通って6VDCに低下します。ピン3の電圧がピン2でref6 VDCに近づくと、オペアンプはその構成（反転または非反転）に従ってスイングします。 おそらく私が混乱しているのはここです-私が見た他の回路では、レール電圧は堅いと思われますが、この場合、その低下（14VDCから11VDC）は10K分圧器を混乱させます比？ そして、その比率を使用して4.7ツェナーを参照していますか？したがって、10Kポットが5 kの中間位置にある場合、14レールが11 VDCになった場合、その分周器は14VDCを7 VDC（R2 / R1 + R2）に設定し、分周器の中間位置は5.5になります。ワイパーがどこにあるかによりますが、私はそれを手に入れ始めていますか？ 4.7が分圧器と必要なレールドロップの比率になるまでワイパーを調整しますか？ したがって、この回路は通常のオペアンプコンパレータの原理を使用していますが、低電圧セットポイント制御にヒステリシスの影響が追加されていますか？ 私の返信 はい、あなたはそれを正しく理解しています。 12Vツェナーも機能しますが、それによりオペアンプが12Vと12.2Vの間で切り替わるため、フィードバックシステムによりオペアンプが11Vと14.Vの間で切り替わることができます。これが、フィードバックヒステリシス抵抗を使用する主な利点です。 同様に私の場合、フィードバック抵抗が取り外されると、オペアンプは14.4Vのカットオフレベルと14.2Vの復帰レベルの間で頻繁に発振を開始します。 10Kプリセットの設定により、オペアンプは14.4Vで遮断され、バッテリ電圧が数ミリボルト低下するとすぐにオペアンプが再びオフになり、これが継続的にオンになり、一定のオン/オフが発生するためです。リレーの切り替え。 ただし、リレーを使用せず、トランジスタを使用した場合は、上記の状況で問題ありません。 質問 通常、コンパレータで見られるのは、@ピン2のような固定電圧で、通常は分圧器やツェナーなどを介して、ピン3では、電源からの可変電圧-ポット-中央にワイパー（ポット）を備えたグランド構成とワイパーはピン2の設定点を見つけます。 あなたの場合、4.7の固定ツェナー電圧と、回路内の10Kワイパーが14.4ボルトに設定されているという混乱を招く構成に従って、オペアンプをレールの近くまでスイングしますか？次に、それは4.7ツェナーをトリップすることになっていますか？マッチしませんか？ 私の返信 最初に、フィードバック抵抗を切断した状態で可変電源から14.4Vを供給することにより、ポットを介してカットオフする上限しきい値を設定します。 上記が設定されたら、正しく選択されたヒステリシス抵抗をスロットに接続し、オペアンプが希望の低い値、たとえば11Vでオフになるまで電圧を下げ始めます。 これにより、回路が完全にセットアップされます。 さて、これを実際に確認する前に、最初にバッテリーが接続され、次に電源がオンになっていることを確認します。 これは、電源装置がバッテリーレベルによって引き下げられ、バッテリー放電レベルと正確に等しいレベルで開始できるようにするために重要です。 これですべてです。この後、ユーザーが設定したカットオフパターンに従ってオペアンプを使用してスムーズに航行できます。 もう1つの重要なことは、電源が最初にバッテリーレベルによって簡単に引き下げられるように、電源電流はバッテリーAHの約1/10でなければならないということです。 質問 はい、私はそれを考えていました、そしてヒステリシスなしではそれは機能しませんでした。ピン2に7ゼナーを配置し、5k分圧器を介してVin @ピン3を7ボルトに設定し、バッテリーが14ボルトに充電されるとすぐに、回路上でバッテリーが放電すると、リレーがドロップインして負荷を引き込みますが、負荷はポットの7をすぐに落とすため、リレーが脱落します。ヒステリシスがないと、なぜ私が働かないのかがわかります、ありがとう 私の返信 負荷がなくても、バッテリーは14.4Vの制限に固執することはなく、すぐに約12.9Vまたは13Vに落ち着こうとします。 オペアンプのo / pが（+）にスイングすると、電源レールと同じくらい良くなります。これは、フィードバック抵抗が電源レールにリンクされることを意味します。これは、ピン＃3に加えて別の並列電圧がかかることを意味します。供給レールに接続されている上部抵抗をプリセットします。 フィードバックからのこの追加電圧により、ピン＃3が4.7Vから5Vに上昇します...これにより、ピン3/2の計算が変更され、5Vが4.7Vを下回るまでオペアンプがラッチされたままになります。バッテリー電圧が11Vまで下がると、オペアンプは14.4Vと14.2Vの間で連続的に切り替わります。 以下の説明では、鉛蓄電池のフル充電電圧と、バッテリー充電システムにおけるヒステリシスの重要性について説明します。質問はギリッシュ氏からの質問でした バッテリー充電パラメーターについての議論 フル充電カットオフとヒステリシス 経験則として、この電流は約Ah / 70である可能性があります。これは、バッテリーのAH定格の50〜100分の1です。 たとえば、ヒステリシス機能のないオペアンプがバッテリ充電システムの過充電状態を監視するように構成されている場合、フル充電レベルでは、バッテリへの充電供給が遮断されるとすぐに、バッテリは低下する傾向を示します。電圧を下げて、より低い電圧位置に落ち着かせようとします。 ポンプ圧力がチューブ内の空気を保持している限り、チューブ内の空気のポンプと比較できますが、ポンプが停止するとすぐに、チューブはゆっくりと収縮し始めます...バッテリーでも同じことが起こります。 これが発生すると、オペアンプの入力リファレンスが元に戻り、その出力が充電を再びオンにするように促されます。これにより、バッテリ電圧が再び高いカットオフしきい値に向かって押し上げられ、サイクルが繰り返され続けます……。この動作により、フル充電しきい値でオペアンプ出力が急速に切り替わります。この条件は通常、オペアンプ制御のコンパレータシステムでは推奨されておらず、リレーのチャタリングが発生する可能性があります。 これを防ぐために、オペアンプの出力ピンと検出ピンの間にヒステリシス抵抗を追加します。これにより、カットオフ限界で、オペアンプは出力を遮断し、その位置でラッチオンします。が本当に危険な下限に低下した場合（オペアンプのヒステリシスがラッチを保持できない場合）、オペアンプは再びオンになります。 鉛蓄電池のフル充電電圧とバッテリー充電システムのヒステリシスの重要性についてさらに疑問がある場合は、コメントで遠慮なく出してください。ヒステリシスのないコンパレータ
ヒステリシス付きコンパレータ
入力が変動するコンパートメント出力
ヒステリシスコンパレータの設計
実用的な例でヒステリシスを議論する
リファレンスツェナーが使用される理由
フィードバック抵抗を使用する理由
ヒステリシスとは
しきい値トリップポイントを設定する方法
完全充電電圧とヒステリシスとは
頭を悩ませる質問がいくつかあります。
1）標準の鉛蓄電池の完全なバッテリー電圧はどれくらいですか？バッテリーが充電器から遮断する必要がある電圧はどれくらいですか。鉛蓄電池のフロート充電電圧は何である必要がありますか。
2）コンパレータ回路ではヒステリシス抵抗が重要ですか？それがなければ、それは正しく機能しますか？私はグーグルで検索し、多くの紛らわしい答えを見つけました。お答えいただければ幸いです。プロジェクトは進行中です。
よろしく。
こんにちはギリッシュ、
1）12V鉛蓄電池の場合、電源からのフル充電は14.3V（カットオフ制限）です。フロート充電は、この電圧での最小電流量であり、バッテリーの自己放電を防ぎます。過充電によるバッテリー。
オペアンプによって監視されている入力の変動に応答して出力（ON / OFF）が変動するのを防ぐために、オペアンプにはヒステリシスが必要です。
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