...

Один операционный усилитель обеспечивает характеристику передачи с двойным гистерезисом — TL081, LM311

В приложениях управления технологическими процессами, требующих дискретного регулирования, наиболее простым выбором является двухпозиционный релейный контроллер. Типичным примером такого контроллера является обогреватель. Если температура падает ниже заданного значения, нагреватель включается, а если поднимается выше – выключается. В аналоговой области основой для базовой реализации двухпозиционного регулятора служит аналоговый компаратор или операционный усилитель без обратной связи. Однако во избежание ложных переключений в типичной реализации используется хорошо известный триггер Шмитта.

Рисунок 1. Один из простых способов получения передаточной характеристики с двойным гистерезисом
основан на использовании трех операционных усилителей с источниками опорного напряжения
и стабилитронами.

Логическим расширением двухпозиционного режима управления является обеспечение нескольких, а не двух, промежуточных уставок выходного сигнала регулятора. Такой режим дискретного регулирования можно использовать, чтобы уменьшить цикличность, перерегулирование или недорегулирование, присущие двухпозиционному режиму. На самом деле однако, когда двухпозиционный режим не подходит, обычно быстрее использовать какой-либо другой подход. Наиболее распространенным примером является трехпозиционный регулятор. Один из простых способов реализации такого контроллера показан на Рисунке 1.

Рисунок 2. Передаточная характеристика схемы на Рисунке 1 имеет
две петли гистерезиса.

В этой конфигурации триггеры Шмитта построены на операционных усилителях A1 и A2, реализующих отрицательный и положительный гистерезис, соответственно. Усилители A1 и A2 можно заменить аналоговыми компараторами, такими как LM311 или аналогичными. На Рисунке 2 изображена передаточная характеристика вход/выход схемы на Рисунке 1:

и

VZ и VY – это пробивное и прямое напряжения четырех стабилитронов, соответственно.

Рисунок 3. Эта схема обеспечивает двойной гистерезис, используя
лишь один операционный усилитель.

На Рисунке 3 показан более эффективный способ реализации трехпозиционного контроллера. Основой схемы является один операционный усилитель, не нуждающийся в опорных напряжениях. Верхний и нижний пороги переключения и гистерезис компаратора здесь определяют входные и выходные диоды. При среднем уровне напряжения VIN(t) входные диоды не влияют на работу схемы, и схема, по существу, представляет собой повторитель напряжения с положительной обратной связью. Выходное напряжение отслеживает VA(t), но положительная обратная связь, определяющая величину VA(t), устанавливает это напряжение равным некоторой доле выходного напряжения. Таким образом, в этом состоянии схемы уровень выходного напряжения определяют два ограничения: VOUT(t) = VA(t) и

Эти два ограничения выполняются при единственном условии: VOUT = 0 В и VA = 0 В; таким образом, когда входные диоды смещены в обратном направлении, выходное напряжение остается на уровне 0 В. Выходное состояние 0 В сохраняется до тех пор, пока входное напряжение не увеличится до положительных или отрицательных значений. Тогда один из двух входных стабилитронов начинает проводить ток, устанавливая положительное или отрицательное выходное напряжение усилителя при входном напряжении ±VH. В этом состоянии, когда абсолютная величина входного напряжения уменьшается, выходное напряжения усилителя снова становится равным 0 В при входном напряжении ±VL. Таким образом, расчетные формулы для VH и VL имеют вид

и

Рисунок 4. На этой осциллограмме показана передаточная характеристика
схемы на Рисунке 3.

На Рисунке 4 приведена передаточная характеристика схемы при использовании компонентов с номиналами, показанными на Рисунке 3, где D1A и D1B – стабилитроны 1N4099 с напряжением стабилизации 6.8 В, а D2A и D2B – 3-вольтовые стабилитроны 1N5225. На Рисунке 5 показана осциллограмма выходного напряжения при подаче на вход схемы сигнала треугольной формы.

Рисунок 5. Осциллограмма выходного напряжения при подаче на вход схемы
сигнала треугольной формы.

Материалы по теме

  1. Datasheet Texas Instruments TL081
  2. Datasheet Texas Instruments LM311
  3. Datasheet MCC 1N4099
  4. Datasheet Vishay 1N5225
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий
Серафинит - АкселераторОптимизировано Серафинит - Акселератор
Включает высокую скорость сайта, чтобы быть привлекательным для людей и поисковых систем.