Warum musste ich dieser Schaltung Puffer hinzufügen?

Ihr Sensor hat eine hohe Ausgangsimpedanz.

Stellen Sie sich den Sensor als Spannungsquelle in Reihe mit einem Widerstand Rout vor. Wenn der Ausgang des Komparators hoch ist, erhalten Sie die folgende Ersatzschaltung:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Hier ist V_OpAmp die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers. Ich habe angenommen, dass es bei 5 V hoch schimpft. Die Leerlaufspannung V_sensor des Sensors beträgt 0,4 V, aber aufgrund der hohen Ausgangsimpedanz zieht die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers sie hoch - was Sie tatsächlich am Ausgang des Sensors messen, ist V_sensor_out = 2 V.

Ich habe einige Widerstandswerte ausgewählt, die die von Ihnen erwähnten Messergebnisse replizieren. Wenn Sie Rin und Rf kennen, können Sie leicht den tatsächlichen Wert von Rout berechnen.

Durch das Hinzufügen des Puffers wird der Sensor mit einer hochohmigen Last und der Schmidt-Trigger mit einem Treiber mit niedriger Impedanz konfrontiert, wodurch der Effekt effektiv eliminiert wird.

Zur Verdeutlichung haben Sie in Ihrer Zeichnung einen Komparator mit positiver Rückkopplung gezeigt, was ihn zu einem Schmitt-Trigger macht.

Ohne positive Rückkopplung geht der Komparatorausgang auf seine maximale Spannung (bis zu VCC für einige Komparatoren), wenn die Spannung an seinem nicht invertierenden Eingang die Spannung an seinem invertierenden Eingang übersteigt und er auf seine minimale Spannung (Vss oder Masse) geht. , wenn die Spannung an seinem invertierenden Eingang die Spannung an seinem nichtinvertierenden Eingang übersteigt. Wenn die Spannung zwischen den Komparatoreingängen nahe Null ist, könnte sein Ausgang chaotisch hin und her schalten und alle verwirren.

Die positive Rückkopplung wird verwendet, um dieses chaotische Umschalten zu vermeiden, indem die anfängliche Differenz zwischen den Eingängen verstärkt wird. Wenn es zu Beginn positiv war (dh der nicht invertierende Eingang war höher als der invertierende Eingang), geht der Ausgang hoch und ein Bruchteil davon macht durch die positive Rückkopplung den nicht invertierenden Eingang etwas höher und der Unterschied positiver. Wenn es negativ war, wird der Ausgang niedrig und macht den nicht invertierenden Eingang etwas niedriger und die Differenz negativer.

Eine einfache Version einer Komparator-/Schmitt-Trigger-Schaltung, die Sie in Ihrer Anwendung verwenden könnten, ist unten dargestellt:

Es ist Ihrer Schaltung sehr ähnlich, außer dass der Sensor an den nicht invertierenden Eingang angeschlossen ist. Mit dieser Schaltung können Sie genau berechnen, wie stark der Schaltausgang den nicht invertierenden Eingang beeinflusst, da es sich nur um ein resistives Rückkopplungsnetzwerk handelt.

In Ihrer Schaltung ist die Wirkung der Rückkopplung schwieriger vorherzusagen, da der Sensor Teil des Rückkopplungsnetzwerks ist und sich seine Impedanz im Laufe der Zeit ändern kann (z. B. wenn er etwas wahrnimmt).

Darüber hinaus könnte Sie das Verhalten einer solchen Schaltung verwirren: Wenn Sie sehen, dass die Spannung am Ausgang des Sensors ansteigt, denken Sie vielleicht, dass sich der Zustand des Sensors geändert hat, obwohl dies möglicherweise durch den Komparator verursacht wird Ausgang schaltet von niedrig auf hoch, wobei ein Bruchteil dieser Spannung am Ausgang des Sensors angezeigt wird.

Wenn der Sensor eine sehr niedrige Ausgangsimpedanz hat, ist die positive Rückkopplung natürlich besser vorhersagbar und wird durch das Verhältnis von Rf und Rin bestimmt. Wie Sie bereits wissen, würde der Puffer den Sensor auch von der positiven Rückkopplung isolieren, aber es ist eine zusätzliche Komponente.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Sie, wenn Sie möchten, dass Ihre Schaltung vorhersehbarer funktioniert, ohne einen Puffer hinzuzufügen, den invertierenden Eingang für den Sensor verwenden und den nicht invertierenden Eingang seine Sache machen lassen.