Comparatore con isteresi

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Nel comparatore senza isteresi opamp non si ha necessità di eliminare l’incertezza delle commutazioni anche con oscillazioni infinitesimali rispetto al valore della soglia perchè o eliminate prima del test o ininfluenti nel circuito successivo.

Una soluzione “fredda” attraverso una modesta modifica al circuito consente di includere l’isteresi che a sua volta elimina completamente l’uscita agitata durante il cambio soglia.

Il segnale di ingresso deve superare la soglia superiore (VH) per generare una commutazione di un’uscita bassa o inferiore al limite inferiore della soglia impostata (VL) per passare a un’uscita alta.

La figura indica l’isteresi su un comparatore. Il resistore Rh determina il livello di soglia dell’isteresi.

Ogni volta che l’uscita è a un livello logico alto (5 V), Rh rimane in parallelo con Rx. Ciò spinge la corrente addizionale in Ry, elevando la tensione limite di soglia (VH) a 2.7V. Il segnale di ingresso dovrà probabilmente andare sopra VH = 2,7 V per richiedere alla risposta in uscita di passare a un valore logico basso (0 V).

Mentre l’uscita è a livello logico basso (0 V), Rh è parallelo a Ry. Questo riduce la corrente in Ry, abbassando la tensione di soglia a 2.3V. Il segnale di ingresso andrà al di sotto di VL = 2.3V per regolare l’uscita su un valore logico alto (5V).

Uscita Comparatore con ingresso fluttuante

La figura indica l’uscita di un comparatore con isteresi con una tensione di ingresso flottuante. Si suppone che il livello del segnale di ingresso si muova oltre il limite di soglia più alto (VH = 2.7V) affinché l’uscita dell’amplificatore op passi in basso logico (0V).

Inoltre, il livello del segnale di ingresso deve spostarsi sotto la soglia Inferiore affinché l’uscita op amp possa salire alla logica alta (5 V).

Il disturbo in questo esempio può essere ignorato, grazie all’isteresi.

Tuttavia, detto questo, nei casi in cui i livelli del segnale di ingresso erano superiori all’intervallo calcolato per l’isteresi (2,7 V – 2,3 V), si potrebbero generare risposte di transizione dell’uscita fluttuanti supplementari.

Per rimediare a questo, è necessario che l’impostazione dell’intervallo di isteresi sia sufficientemente estesa per eliminare il disturbo indotto nel modello specifico del circuito specificato.

Progettazione del comparatore di isteresi

Le equazioni (1) e (2) possono essere di aiuto per decidere se le resistenze desiderano creare le tensioni di soglia di isteresi VH e VL. Un singolo valore (RX) è richiesto per essere scelto arbitrariamente.

All’interno di questa illustrazione, RX è stato determinato a 47k per aiutare a ridurre l’assorbimento di corrente. Rh è stato calcolato per essere 270,25k, di conseguenza è stato implementato il valore standard immediato di 270k. 

L’isteresi con un esempio pratico

In questi giorni mi sono dedicato alla progettazione di un caricabatterie, quella sottostante è una versione semplificata usata da me su breadboard per stabilire sul campo i reali valori da utilizzare. Il preset è inizialmente impostato in modo tale che l’uscita op amp diventi alta quando la tensione pin3 va appena al di sopra del valore zener del pin2. Quando ciò accade, il pin6 diventa alto e raggiunge un potenziale prossimo alla tensione di alimentazione. Questo significa che il resistore di retroazione RF (in viola) praticamente è in parallelo con la resistenza preimpostata nella metà superiore del potenziometro (mostrato in rosa)

Ciò fa sì che la tensione del pin 3 aumenti ancora di più. Ora, quando la tensione della batteria cala, il pin 6 non risponde perché il pin 3 deve abbassarsi di molto per diventare più basso del pin 2, il che significa che il livello della batteria deve scendere relativamente molto per consentire al pin 3 di scendere sotto il pin 2. Questo ritardo forzato tra l’interruttore op-amp ON e OFF dovuto alla resistenza di retroazione è chiamato isteresi in amplificatore operazionale. Una volta che il pin6 è commutato a livello basso questa volta RF si trova in parallelo con la metà inferiore del potenziometro (in verde) portando la soglia al pin3 ancora più in basso e scongiurando in tal modo che una variazione di pochi mV della batteria possa di nuovo far commutare l’uscita.

Nel disegno Il Led verde acceso significa che la batteria è caricata mentre quello rosso significa che è in fase di carica. Questa uscita dell’operazionale può pilotare ora i circuiti di carica della batteria in modo autonomo senza l’intervento ne di attivazione ne di disattivazione.

Saluti da A_X_C e Amilcare