Operationsverstärkerschaltung verhält sich nicht wie gewünscht

Ich habe im Internet eine Schaltung gefunden, die genau das tun sollte, was ich will (einen Lüfter steuern), aber sie ist die ganze Zeit eingeschaltet. Ich bin mir nicht sicher, ob es einen Fehler im Schaltplan gibt oder ob ich etwas anderes übersehen habe.

Wenn der Thermistor "kalt" ist, sollte der Lüfter ausgeschaltet sein. Wenn es heizt, sollte der Lüfter angehen. Im Moment läuft der Lüfter immer. Ich habe meine Verkabelung usw. doppelt überprüft und bin sicher, dass ich es wie auf dem Bild habe. Ich habe R4 durch einen 10K-Trimmer ersetzt, um eine Temp-Trigger-Einstellung zu ermöglichen.

Hier ist der Schaltplan:Schaltplan

Hier ist der Artikel, an dem ich arbeite .

UPDATE: Habe eine Simulation (mit Qucs) gemacht, um zu sehen, wie sich die Schaltung verhalten sollte . Ich habe die tatsächlichen Werte des Widerstands verwendet, die ich mit dem Multimeter gemessen habe (siehe Diskussionen unten). Hier ist ein Screenshot:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein(Hinweis: Ich konnte keinen Lüfter im Teilebehälter finden, also habe ich eine Diode für den Effekt eingefügt.)

Könnte es ein Terminalproblem mit dem Operationsverstärker geben, das die Spannungspegel durcheinander bringt? Es ist brandneu, aber das heißt nicht, dass es nicht statisch gezappt wurde.

EIN ANDERES UPDATE: Beschlossen, Qucs zu verwenden, um zu sehen, was die Schaltung tun könnte, wenn der Thermistor "erhitzt" würde. Bei der zufälligen Auswahl eines Werts für R1 ergab sich Folgendes: Geben Sie hier die Bildbeschreibung einDiese Simulation zeigt, wie sich die Vorspannung des Operationsverstärkers ändert, um einen „niedrigen“ Ausgang zu erzeugen, die Basis von Q1 ist jedoch immer noch hoch und verursacht einen Abfall von ca. 2,4 V am Lüfter. Für diejenigen, die das Gespräch mit @vicatcu unten verfolgen, deutet dies darauf hin, dass es in der Rennstrecke möglicherweise eine Designebene gibt. Weiß jemand, was Q1 sonst noch in der Position „ON“ halten könnte?

741 OP-AMP- Datenblatt

UPDATE Nr. 3: Mit einigen der angegebenen Hinweise gelang es mir, eine funktionierende Simulation der Schaltung zu erstellen.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Der obere Stromkreis ist mit dem Thermistor "kalt" und abgesehen vom Leckstrom ist der Lüfter praktisch "AUS"! Der untere Stromkreis zeigt den Thermistor "heiß" mit einer angenehmen Spannung von 11,4 V, die ihn antreibt. Der Trick besteht nun darin, dies mit einer einzigen Stromquelle zu erreichen! Ich beabsichtigte, ein einzelnes 12-V-Netzteil zu verwenden, um die Schaltung anzutreiben. Diese Schaltungen haben zwei Versorgungen. Ich habe versucht, mit einem Spannungsteiler zu simulieren, um die Spannung von einer einzigen Quelle aufzuteilen, aber wenn der Thermistor im "heißen" Zustand abfällt, zieht er die Spannung über den Stromkreis auf etwa 2 V und der Lüfter erhält etwa 0,8 V. Nicht gerade 'EIN'. Ich habe einige 9-V-Ersatznetzteile, kann also ein 12-V- und ein 9-V-Paket verwenden, um die Schaltung in der obigen Konfiguration mit Strom zu versorgen, aber wenn ich mit einer einzigen Quelle davonkommen könnte, wäre das ideal.

UPDATE Nr. 4: Hier ist eine grobe Darstellung des Thermistorwiderstands bei Temperaturänderungen (in Grad Celsius)Diagramm Thermistor vs. Temperatur

und natürlich hast du das pot eingestellt und alle widerstandswerte mit einem ohmmeter überprüft?
Wie hoch ist die Spannung an den Pins 2, 3 und 6 des Operationsverstärkers?
Dies ist im Grunde eine Komparatorschaltung, oder?
Die Verwendung einer Diode anstelle eines Lüfters ist falsch. Verwenden Sie stattdessen einen Widerstand. Deshalb schwankt die Spannung am Lüfter zwischen den beiden Simulationsläufen nicht so stark.
@ DavidKessner, Die Diode wurde in einen 100-Ohm-Widerstand geändert, und das einzige, was sich geändert hat, war, dass jetzt 11,4 V am Emitter des Transistors anstelle von 2,4 V anliegen. Ich habe in der Simulation mit den Werten von R1 und R4 gespielt und sie unterscheidet sich kaum von den obigen Beispielen. Ich habe noch einige Messungen am Prototyp vorgenommen und er scheint mit der Simulation übereinzustimmen, also denke ich, dass ein Konstruktionsfehler anstelle eines Komponentenfehlers vorliegt. Der Operationsverstärker geht auf Hi-Low, ok (ish), also denke ich, dass sich mein Transistor-Setup ändern muss, aber ich bin mir noch nicht sicher, wie.
@AndrewHeath Ich denke, dass Clabaccio den Rest der Antwort hat. Um seinen Vorschlag zu testen, schalten Sie nur den Operationsverstärker von +15 V aus, während alles andere auf +12 V bleibt.
@DavidKessner Ich habe Ihren Vorschlag in meinen Simulationen ohne Änderung ausprobiert. Versucht mit NPN- statt PNP-Transistoren und Ändern des Widerstandswerts am Ausgang. Die Simulationen zeigen ca. 2 V am Ausgang des Operationsverstärkers, wenn er ausgeschaltet ist. Ich glaube, das hält den Transistor die ganze Zeit eingeschaltet. Meine bisherigen Versuche, die Ausgangsspannung auf weniger als 0,6 V „EIN“ für den Transistor zu nullen, wirken sich auf die Schaltung im „EIN“-Zustand aus – normalerweise indem der Transistor nur halb „EIN“ ist und die Transistoren halbiert werden. stellen.
@clabacchio - Danke, dass Sie einen Link zum 741-Datenblatt hinzugefügt haben. Ich füge selbst oft Links zu den Datenblättern exotischer Teile hinzu , aber ich bin mir nicht sicher, ob das für ein Standardteil wie den 741 wirklich notwendig ist. Sie fügen auch keine Datenblätter für Widerstände hinzu, oder?
@stevenvh Ich habe das Datenblatt nicht hinzugefügt, sondern einfach den Link aus einem Kommentar von Andrew kopiert, um das OP zu vervollständigen und ihn dazu zu bringen, es sich anzusehen :) Und ich bin besonders an 741 gebunden, es ist seit einer halben Stunde mein Begleiter analoger elektronikkurs :)
@clabacchio Zu was? Denken Sie daran, dass ich die Schaltung eines anderen plagiiere, ich bin kein Elektronikingenieur, ich bin ein Enthusiast, der bei TAFE elektronische Grundlagen gemacht hat und weiß, was ein Operationsverstärker ist, aber nicht, wie man eine Schaltung von Grund auf neu erstellt.

Antworten (3)

Ich würde ein paar Vorschläge für das Design hinzufügen:

  1. Sie verwenden den 741 OP-AMP, der kein Rail-to-Rail ist, und Sie verwenden ihn zum Ansteuern der Basis eines Transistors: Wenn der Ausgang des 741 hoch ist, liegt er bei etwa Vcc - 1 V, das reicht aus, um den Transistor eingeschaltet zu halten. Ich würde vorschlagen, einen Rail-to-Rail-OPAMP zu verwenden oder dem Emitter des Transistors einen kleinen Widerstand hinzuzufügen, um den Strom zu begrenzen, wenn der Eingang hoch ist (könnte sogar noch besser sein, weil Sie den Lüfter auf einer langsameren Geschwindigkeit halten, aber immer noch kühlen).

  2. Beim Entwerfen mit Sensoren wie Fotowiderständen oder Thermistoren ist es besser, zuerst den Wert dieser Sensoren bei Raumtemperatur zu kennen und dann ein etwas größeres Potentiometer auszuwählen, um das Verhalten dieses Sensors zu simulieren und zu überprüfen, ob die Schaltung funktioniert.

UPDATE : Aus dem Datenblatt geht hervor, dass der typische Spannungshub 13-14 V beträgt (Sie können den genauen Maximalwert messen, indem Sie einfach die positive Sättigungsspannung messen), und konstruktionsbedingt liegt der Verlust im Bereich eher in der oberen Schiene, weil die Endstufe hat a v C E s a t + v B E Ö N ≃ 0,2 + 0,6 ≃ 0,8 v .

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

UPDATE 2 : Jetzt sehe ich, dass Sie Ihre Schaltung mit +12 V / 0 V versorgen, das ist NICHT die genaue Versorgungsspannung, die für den 741 OPAMP angegeben ist: Es erfordert eine Dual-Rail-, ± fünfzehn v Beheben Sie dies als erstes.

Sie können sehen, dass Ihr OPAMP 10 V anstelle von 12 und 1,2 V anstelle von 0 ausgibt; Der erste, mit dem Abfall über dem Widerstand, macht den Transistor immer eingeschaltet, wie Sie sehen können, dass die Basisspannung 11 V beträgt, genug, um ihn eingeschaltet zu halten.

Und ... warum haben Sie eine Diode verwendet, um einen Lüfter zu simulieren? Scheint eine ganz andere Belastung zu sein.

UPDATE ZUM UPDATE:

Ich bin froh, dass es funktioniert, zumindest die Simulation: Sie verwenden jedoch immer noch eine Single-Rail-Versorgung (+12:0, +15:0). Der 741 will +15:-15, also ist das Beste, was zu tun ist, den OPAMP zu ändern . Es ist überhaupt nicht teuer und Sie können (wieder) ein Rail-to-Rail verwenden, das für Einzelversorgungsanwendungen besser ist, bis zu 3,3 V, wenn Sie das brauchen. oder für Ihren Fall +12 oder +5.

Dies ist eine Option, hier gibt es viele, Sie müssen nur wählen, hauptsächlich basierend auf der Verfügbarkeit für Ihren Zweck. Für den Simulator finden Sie ebenfalls viele Optionen.

Könnte das Ändern des Strombegrenzungswiderstands R5 dazu beitragen, dass der Transistor auf AUS vorgespannt wird?
Ich glaube nicht, denn wenn der Ausgang des OP-AMP hoch ist und der Transistor nicht vollständig ausgeschaltet ist, absorbiert er einen kleinen Strom, der die Basis des Transistors hochzieht, aber es ist ein schwacher Effekt und wahrscheinlich nicht genug dazu ausschalten
Können Sie ein Beispiel für das geben, was Sie beschreiben (dh wie Sie die Schaltung mit einem Rail-to-Rail-Operationsverstärker ändern würden?
Ich glaube, ich weiß, was Sie meinen, aber ich brauche mehr Informationen - wie einen Vorschlag, welchen Operationsverstärker ich verwenden sollte. Ich habe den 741 von der Originalschaltung bekommen, ich bin nicht auf all den verschiedenen verfügbaren Operationsverstärkern. Ich gehe davon aus, dass ich in der Lage sein sollte, eine geeignete Alternative in das aktuelle Schaltungsdesign einzufügen und zu spielen, und alle Systeme funktionieren!? Bitte machen Sie sich auch Gedanken, wenn Sie der Meinung sind, dass sich der Transistor auch ändern sollte.
@AndrewHeath Sie können viele OPAMPS für jeden Zweck finden (Antwort überprüfen): Was Sie brauchen, ist Rail-to-Rail, 12-V-Spannungsspanne (Sie werden viele verschiedene Bereiche finden, prüfen Sie einfach, ob sie hineinfallen) und machen Sie sich keine Sorgen über Geschwindigkeit und aktuell, da Ihre Anwendung keine besonderen Anforderungen stellt.
Ich habe einige neue Operationsverstärker-Chips (LM339 Rail-to-Rail-Vergleichsverstärker) bestellt. Werde mal sehen wie es weitergeht und meine Ergebnisse posten.
@AndrewHeath Wenn Sie es oder etwas Ähnliches in Ihrem Simulator finden, können Sie den Effekt auch sofort sehen.
Leider glaube ich, dass keiner der Operationsverstärker im Teilebehälter Rail-to-Rail-Verstärker sind, und ich bin mir nicht sicher, wie ich der Qucs-Teilebibliothek weitere Komponenten hinzufügen kann. Hoffentlich kommen die bestellten Ersatzteile bald und ich hoffe das Beste.

Was Sie hier haben, ist im Grunde ein Komparator, der die Basis eines PNP-BJT antreibt.

Eine vereinfachte Erklärung ist, dass sich der Lüfter einschalten sollte, wenn der BJT ein "Niedrig" vom Komparator sieht, und ausschalten sollte, wenn der BJT ein "Hoch" vom Komparator sieht.

Der Komparator gibt ein "Niedrig" aus, wenn die Spannung des negativen Anschlusses (Stift 2) über der Spannung des positiven Anschlusses (Stift 3) liegt, und ein "Hoch", wenn die Spannung des positiven Anschlusses über der Spannung des negativen Anschlusses liegt.

R3 und R4 bilden einen Spannungsteiler, der die Spannung am Minuspol auf einen festen Wert einstellt. Wenn R3 und R4 beide einen Wert von 10 kOhm haben, beträgt die Spannung am Minuspol Vcc/2.

Ebenso bilden R2 und R1 (der Thermistor) einen Spannungsteiler, der die Spannung am positiven Anschluss einstellt und diese Spannung folglich mit der Temperatur variiert.

Update Zusammengefasst:

  • Spannung am Minuspol ist:Vcc * R4 / ( R3 + R4 )
  • Spannung am Pluspol:Vcc * R1 / ( R1 + R2 )
  • Lüfter schaltet sich ein, wenn:R1 < R4 * R2 / R3
Welches positive Feedback? Positives Feedback zum Erzeugen von Hysterese ist wahrscheinlich eine gute Idee in dieser Anwendung, aber ich sehe es nicht in der vorgeschlagenen Schaltung.
@Photon, ich habe nicht gesagt, dass positives Feedback eine schlechte Sache ist, nur eines der Kennzeichen einer Komparatorkonfiguration
@Photon, beim zweiten Nachdenken hast du Recht, es gibt kein positives Feedback in dieser speziellen Schaltung.
Glaubt ihr, dass eine Verringerung des Werts von R2 (z. B. auf 8,2 K) dazu beitragen würde, den + Eingang so vorzuspannen, dass bei „kaltem“ Thermistor und etwa der 10-K-Marke sichergestellt wird, dass der Lüfter ausgeschaltet ist?
@AndrewHeath, es hängt ganz vom gemessenen Widerstand Ihres Thermistors ab ...
R1 (Thermistor) = 9,4 K bei etwa 25 °C, R2 = 9,8 K, R3 = 10,3 K, R4 (max) = 9 K, R5 = 1,0 K. Einige Messwerte genommen und mit Vcc = 12 V und R4 auf max (ca. 9 K), Pins 2 und 3 = 3,56 V, Pin 6 = 2,5 V, Basis Q1 = 10,7 V. Zum Nennwert sieht es so aus, als würde der Spannungsteiler nicht richtig teilen.
Wenn R4 = 9K, R3 = 10K und Vcc = 12V: Sie sollten einen unerschütterlichen Wert von 12*9/19 = 5,68 V an Pin 2 sehen ... Ebenso sollten Sie 12*9,4/19,2 = 5,875 V bei 25 °C sehen an Pin 3. Ich vertraue darauf, dass Sie Ihre Widerstände bei stromlosem Stromkreis gemessen haben, richtig? Die Tatsache, dass Sie am Ausgang etwas anderes als eine (nahe) Schienenspannung lesen, kann ein Hinweis darauf sein, dass Ihr Operationsverstärker mit hoher Geschwindigkeit schaltet, da Ihre Eingänge nahezu gleich sind. Schauen Sie sich die Verdrahtung Ihrer Eingangskreise genauer an. Ist der von Ihnen verwendete Operationsverstärker auch für eine einseitige 12-V-Stromversorgung ausgelegt? Wie ist Q1 Basis > Pin 6 Spannung?
@AndrewHeath Entschuldigung, ich habe vergessen, Sie in meinem letzten Kommentar zu markieren
Datenblatt des Operationsverstärkers: futurlec.com/Datasheet/Linear/LM741CN.pdf

Unter Verwendung der Ratschläge und Informationen, die mir gegeben wurden, habe ich die Schaltung geändert und einen LM339-Operationsverstärker verwendet, der ein Rail-to-Rail-Operationsverstärker ist. Da es 4 Ampere in einem Paket hat, habe ich zusätzliche Lüfter usw. hinzugefügt, um die Kühlung zu ergänzen. Hier die Schaltungen:

Lüfter ausLüfter aus

Lüfter anLüfter an

Lüfter an - Alle 4 Operationsverstärker werden verwendetLüfter an - Alle 4 Operationsverstärker werden verwendet

Der LM339 ist ein Open-Collector- Komparator , kein Operationsverstärker.
Operationsverstärkerschaltung verhält sich nicht wie gewünscht
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