Anemometer mit Operationsverstärker

Dies bezieht sich auf eine frühere Frage von mir, aber ich habe eine andere Folgefrage, für die ich einen neuen Beitrag erstellen wollte.

Ich versuche, mehr darüber zu verstehen, wie die folgende Schaltung funktioniert, insbesondere der Verstärker:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Entnommen von hier mit einigen zusätzlichen Details hinzugefügt. BEARBEITEN: Konnte das Quelldokument hier finden , falls das für jemanden nützlich ist.

Ich habe versucht, etwas Ähnliches mit einem Instrumentationsverstärker zu implementieren, aber mir wurde gesagt, dass ein Operationsverstärker die viel bessere Wahl wäre. Mir ist jedoch nicht ganz klar, wie der Operationsverstärker in diesem Zusammenhang funktioniert. Dies scheint nicht wie ein Differenzverstärker mit verstärkungsbegrenzenden Rückkopplungswiderständen aufgebaut zu sein, und es wurde angedeutet, dass eine große Verstärkung hier tatsächlich von Vorteil ist. Also hier ist was ich nicht verstehe:

  • Ist dieser Operationsverstärker so konfiguriert, dass er hier als Komparator fungiert? Das heißt, wird der Verstärkerausgang hauptsächlich die meiste Zeit in der Nähe von 5 V oder Masse gesättigt sein und Zwischenausgangsspannungen vermeiden?

  • Wenn es als Komparator fungiert, was passiert, wenn die Brücke ausgeglichen ist? Der Thermistor sollte in diesem Fall auf einer erhöhten Temperatur gehalten werden. Würden wir also im Wesentlichen eine Rechteckwelle am Ausgang des Operationsverstärkers sehen?

  • Wenn dies nicht als Komparator fungiert, wie wird die Verstärkung eingestellt?

Entschuldigung für das, was ein einfaches Missverständnis sein könnte - es fällt mir nur schwer, mich um die beabsichtigte Operation zu kümmern, da ich an einfachere Operationsverstärkerschaltungen gewöhnt bin.

TLV2434 Datenblatt

2N2222 Datenblatt einer Art.

Was willst du mit dieser Schaltung erreichen? Ihre Kommentare zur Heizleistung des Thermistors deuten auf die Verwendung als Heizung und nicht auf den ursprünglichen Zweck als Luftgeschwindigkeitsdetektor hin. Uns zu sagen, was Ihre Anwendung und Ihr wahres Problem ist, würde uns sehr helfen. | Warum interessiert es Sie, wie viel Wärme dem Thermistor zugeführt wird - die Sättigung sollte durch Anlegen von weniger Strom angegangen werden -, WENN Sie ihn beabsichtigt verwenden. || Q1, der 2N2222 ist einfach ein Stromverstärker für den Operationsverstärker, um ihm genug Leistung zu geben, um den NTC anzutreiben.
Das ist richtig - ich möchte nur die Fluggeschwindigkeit messen. Mein Verständnis ist, dass eine höhere Arbeitstemperatur eine schnellere Reaktion auf vorübergehende Geschwindigkeitsänderungen ermöglicht, da sie weniger von der thermischen Zeitkonstante des Thermistors selbst abhängt (ich kann mich irren und erkläre es auf jeden Fall nicht so gut). In dem Beispiel, das ich oben verlinkt habe, heizen sie es auf etwa 75 ° C auf, was durch das Widerstandsverhältnis im Nicht-Thermistor-Zweig der Brücke eingestellt wird (es heizt, bis sie übereinstimmen, wenn möglich). Wenn Sie irgendwelche Gedanken zu diesem Thema haben, würde ich es auf jeden Fall schätzen.
Bei 5-V-Betrieb beträgt die maximale Verlustleistung eines Thermistors bei 40 Ohm V^2/R ~= 600 mW. Die Auswahl eines Thermistors, der Ihren Anforderungen bei beispielsweise 100-200 mW entspricht, sollte "einfach genug" sein. Haben Sie eine Thermistor-Teilenummer / einen Link? || 2N2222 ist für 500 mA ausgelegt. Was verwendest du eigentlich? Verknüpfung? Die Schaltung sollte einfach genug sein, um zu funktionieren. (Sollte sein). Beachten Sie, dass die Eingänge zum Operationsverstärker <= 4,5 V sein müssen. Gleichtaktbereich.
Einverstanden, ich muss definitiv die Widerstandswerte ändern - ich bin immer noch am Zusammensetzen, wie ich das Verhältnis am besten optimieren kann. Ich benutze einen TIP31G (3A kontinuierlich) - das ist mir auch aufgefallen und war besorgt über die Strombegrenzung, also habe ich ihn gewechselt. Ich habe ein Thermistor-Kit genommen, da ich mir nicht sicher war, welche Werte am besten geeignet wären - ich habe alle hier aufgelisteten und ich habe bisher versucht, die 40, 100 und 1 kOhm zu verwenden, seit den meisten Die Beispiele, die ich gesehen habe, waren am unteren Ende, ich dachte, um das Erhitzen zu erleichtern
Das Design ist "etwas seltsam"

Antworten (3)

Wenn ich R4 im Moment ignoriere, ist seine Wirkung vernachlässigbar, ich verstehe nicht, was sein Zweck ist. Bearbeiten: Notwendig, um die Schaltung zu booten (danke Transistor ).

Die Schaltung arbeitet nicht als Komparator. Die geschlossene Schleifenschaltung versucht, die Eingänge des Operationsverstärkers auszugleichen. Er passt die Spannung an V2 an, bis die Eigenerwärmung des Thermistors bewirkt, dass der Thermistorwiderstand etwa 39 Ohm beträgt.

Das Neuzeichnen der Schaltung erleichtert das Verständnis.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Bearbeiten: Diese Schaltung funktioniert möglicherweise in einer Laborumgebung, aber ich bezweifle ihre Nützlichkeit in der realen Welt. An einem kalten Tag bezweifle ich, dass Sie jemals genug Strom in den Thermistor bekommen können, um ihn aufzuwärmen. Der Widerstand des Thermistors an einem kalten Tag kann 1k betragen. 5V^2/1k sind nur 25 mW.

R4 bootet die Schaltung hoch. Wenn beim Einschalten Q1 ausgeschaltet ist, liegt keine oder nur sehr wenig Spannung an, dann Vin-> Vin+ und die Schaltung startet nicht. R4 spannt die Schaltung so vor, dass Vin + > Vin-, der Ausgang des Operationsverstärkers hoch schaltet und der Rest so ist, wie Sie es geschrieben haben. Interessanterweise hatte ich auch den Schaltplan mit positiver Versorgung oben sehr ähnlich wie bei Ihnen korrigiert.
Vielen Dank an Sie beide für die detaillierten Informationen - das hilft sehr (ich habe positiv gestimmt, aber anscheinend fehlt mir die Reputation, um sie noch anzuzeigen). Ich nehme an, der Versuch, es in Bezug auf die Verstärkung so zu betrachten, wie Sie es bei einem Operationsverstärker mit Rückkopplungswiderständen tun würden, wäre in diesem Fall irreführend. Die am Ausgang gemessene Spannung (und die "obere" Spannung der Brücke) steigen also beide an, bis entweder das Gleichgewicht erreicht ist oder der maximal mögliche Emitterstrom fließt. Ich habe dies gerade mit einem etwas anderen Thermistor- und Brückenverhältnis nachgebildet, und ich scheine bereits gesättigt zu sein, bevor ich die Zieltemperatur erreiche.
Was würden Sie in Bezug auf mein Sättigungsproblem und den praktischen Nutzen empfehlen, um die Heizleistung zu verbessern? Erhöhen Sie die Erregerspannung oder verwenden Sie möglicherweise einen kleineren R25-Thermistor? Oder vielleicht die Verwendung eines Darlington-Paares anstelle eines einzelnen NPN-Transistors?
Um mehr Heizleistung zu erhalten, verwenden Sie eine höhere Vcc, vielleicht 15 V. Sie müssen einen anderen Operationsverstärker mit einer höheren Vcc-Fähigkeit verwenden. Es muss ein Rail-to-Rail-Operationsverstärker sein. Ein Darlington wird nicht helfen.
Das macht Sinn - danke für die Erklärung!

Nach Mattman944 ​​wird der Transistor benötigt, um den hohen Strom bereitzustellen, der zum Erwärmen des Sensors / Thermistors erforderlich ist.

Danke für die Klarstellung. Es sieht so aus, als ob der Transistor der Hauptbegrenzungsfaktor in Bezug auf die Nützlichkeit sein wird, wie oben erwähnt. Ich muss nach Möglichkeiten suchen, die Stromabgabe zu erhöhen, da der Transistor, mit dem ich dies repliziert habe (2N3904), ihn nicht ganz schneidet.

Das Design sei „etwas seltsam“ und scheine an Überklugheit zu leiden. Es wurde versucht, eine Brücke mit einer selbstregulierenden Versorgung anzutreiben, aber das Ergebnis hängt von den verwendeten Komponenten ab und ist schwer zu entwerfen, während eine Vereinfachung die Konstruktion erleichtern kann. Siehe unten.

Der Arbeitspunkt ist nicht gut definiert, da V2 bei abgeglichener Brücke einen Wertebereich annehmen kann. Es IST eine Komparatorschaltung, aber die Verstärkung wird durch das Verhältnis des transistorgesteuerten Netzwerks zu R4 eingestellt, was schwer einfach zu analysieren ist.

Die Verwendung niedrigerer Thermistorwiderstände ändert den DC-Arbeitspunkt. Das Absenken von R4, um es im gleichen Verhältnis zum Thermistor zu halten, "kann helfen". Das Senken des Thermistorwerts birgt nur das Risiko, den invertierenden Eingang aus dem Vcm-Bereich zu treiben.
Ich schlage vor, dass es klug erscheint, das Verhältnis von R1: R5 NICHT GRÖSSER als etwa 8: 1 zu machen. Das bedeutet, dass der invertierende Eingang niemals über (5-0,6) x R5/(R1+R5) ~= 4 V angesteuert werden kann, was gut im Gleichtaktbereich des Operationsverstärkers liegt.

Wenn die 5 V stabil sind, funktioniert das Anschließen von R5 an + 5 V und nicht an V2 wahrscheinlich ohne "Magie" wie derzeit korrekt. Der Thermistorstrom und der Arbeitspunkt können dann zuverlässig ausgelegt werden.
Wenn die 5-V-Versorgung zu variabel ist, gehen Sie wie oben vor, aber klemmen Sie den invertierenden Eingang mit einer Zener- oder Referenzquelle. (Ein TL431-Anteil von 0,5 % ergibt eine gute Stabilität bei geringen Kosten).
In beiden Fällen wird R4 nicht mehr benötigt.

Das Dokument, auf das Sie sich beziehen, erwähnt eine "Konstantspannungs-Thermistorschaltung". Das Hinzufügen des Teilers oder der Referenz wie oben macht es so. Die ursprünglich zitierte Quelle fehlte, als ich danach suchte. Es wäre interessant zu sehen, ob jemand eine Kopie finden kann.

Anemometer mit Operationsverstärker
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v