Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
AM TechnologiesAM Technologies
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Przerzutnik schmitta czy jeszcze coś innego

02 Maj 2020 16:35 390 19
  • Poziom 10  
    Witam.
    Chcę zrobić układ który za pomocą fototranzystora będzie badał natężenie światła i w odpowiednim momencie będzie mi dawał stan wysoki lub niski na wyjściu.
    Pomyślałem że do tego celu idealnie nadał by się scalony przerzutnik schmitta a dokładnie 74HC14N. Wszystko fajnie ale nie wiem jak w tym układzie ustawić sobie progi włączenia i wyłączenia.

    Może ktoś ma jeszcze inny pomysł na jakiś układ który mógłby rozwiązać mój problem.

    Z góry dzięki za pomoc.
  • AM TechnologiesAM Technologies
  • Poziom 43  
    adam86-20 napisał:
    Wszystko fajnie ale nie wiem jak w tym układzie ustawić sobie progi włączenia i wyłączenia.
    Progu napięciowego nie ustawisz, ale możesz zmieniać rezystor obciążający fototranzystora, dzięki czemu próg natężenia oświetlenia będzie inny.
  • Poziom 10  
    jarek_lnx napisał:
    adam86-20 napisał:
    Wszystko fajnie ale nie wiem jak w tym układzie ustawić sobie progi włączenia i wyłączenia.
    Progu napięciowego nie ustawisz, ale możesz zmieniać rezystor obciążający fototranzystora, dzięki czemu próg natężenia oświetlenia będzie inny.


    To akurat wiem 8-)
    Zainteresował mnie komparator LM393N
    Jak na tym komparatorze zrobić histerezę 0,2V? Jak będzie wyglądał taki układ.
    Wiem że jedno wejście to napięcie referencyjne a drugie to sygnał wejściowy.
    Z fototranzystora będzie wychodzić napięcie max 5V.
    Chciałbym aby komparator przełączał się przy 2,5V.
  • AM TechnologiesAM Technologies
  • Poziom 43  
    Przykład, w którym zasilanie dzielone dzielnikiem R1,R2 robi za referencję, jak dasz te rezystory równe to będzie połowa zasilania, R3 wprowadza histerezę.

    R3 i rezystancja wypadkowa równoległego połączenia R1 i R2 tworzą dzielnik który podaje część napięcia wyjściowego na wejście, to podzielone napięcie określa histerezę.

    Przerzutnik schmitta czy jeszcze coś innego

    Ponieważ histereza zazwyczaj nie musi być precyzyjnie określona, często liczę to w szybki i niedokładny sposób, przyjmijmy że R1=R2=100kΩ ich rezystancja zastępcza to Rz=50kΩ stosunek napięcia wyjściowego do histerezy k=5V/0,2V=25 R3=k*Rz=25*50kΩ=1,25MΩ≈1,2MΩ

    Wynik z symulacji:
    Przerzutnik schmitta czy jeszcze coś innego
    Histereza wyszła o 5% mniejsza od zakładanej, w większości przypadków to nie ma znaczenia.



    P.S. Link z postu powyżej nie ma związku z tematem.
  • Poziom 10  
    Super! Czyli przy moim napięciu zasilania 5V, żeby histereza miała 0,1V to musiałbym zastosować rezystor na sprzężeniu zwrotnym o wartości 2,5Mohm. W przypadku histerezy 0,3V rezystor miał by wartość 625kohm itd.

    Jeszcze mam dwa pytania.
    Czy mogę jako komparator zastosować układ LM311 lub LM393 i będzie on działał tak samo i w taki sam sposób wyliczę histerezę?

    No i czy da się coś zrobić z tym żeby sygnał wyjściowy nie był zanegowany w stosunku do sygnału wyjściowego?

    Na wyjściu komparatora chce zastosować tranzystor 2n2222 coś takiego jak na załączonym schemacie. Przerzutnik schmitta czy jeszcze coś innego
  • Poziom 43  
    adam86-20 napisał:
    Jeszcze mam dwa pytania, czy mogę jako komparator zastosować układ LM311 i będzie on działał tak samo?
    Tak, LT1011 jest nieco poprawionym odpowiednikiem, użyłem w symulacji bo był, w twoim układzie sprawdzi się każdy komparator, również LM393 wcześniej wspomniany.
    adam86-20 napisał:
    W przypadku histerezy 0,3V rezystor miał by wartość 625kohm itd.
    Im większa histereza, tym większe błędy daje mój uproszczony sposób obliczeń.

    adam86-20 napisał:
    No i czy da się coś zrobić z tym żeby sygnał wyjściowy nie był zanegowany w stosunku do sygnału wyjściowego?
    Da się, tylko wtedy rezystor obciążający fototranzystora był by połączony z R3 i wpływał by również na histerezę.
    adam86-20 napisał:
    Na wyjściu komparatora chce zastosować tranzystor 2n2222 coś takiego jak na załączonym schemacie.
    Źle, pamiętaj że większość komparatorów ma wyjście OC, więc potrzebny jest rezystor podciągający do zasilania. Tranzystor dał bym MOSFETa, bipolarny zmieni zakres napięcia na wyjściu i utrudni obliczenia - trzeba będzie policzyć dokładnie, mój uproszczony sposób się nie przyda.
  • Poziom 10  
    Co do histerezy to niema problemów z błędem, podałem przykładowo 0,2V żeby tylko wyeliminować zakłócenia.

    Wrzuciłem MOSFET na wyjście i wszystko gra na symulatorze.
    Komparator ma być zasilany napięciem 9V. Wyjście układu ma sterować 24V
    Fototranzystor będzie dawał max 5V.

    Generalnie układ musi być w miarę możliwości jak najszybszy.

    Tego jeszcze nie rozumie, jak podłączyć ten fototranzystor

    Cytat:

    Da się, tylko wtedy rezystor obciążający fototranzystora był by połączony z R3 i wpływał by również na histerezę.



    Symulator z którego korzystam ma dość duże ograniczenia. Nie można tam narysować fototranzystora i opisać napięć na źródłach. Niema też konkretnych układów scalonych.
    Na załączonym schemacie prawe źródło ma 24V a lewe 9V. Ten tranzystor na dole z nie podłączoną bazą to fototranzystor :D
    No i przepraszam za nieporządek na tym schemacie :)
    Przerzutnik schmitta czy jeszcze coś innegokomparat..2.jpg Download (79.45 kB)

    Wrzucam tez link prosto do symulacji: http://tinyurl.com/yahfr4xn
  • Specjalista elektronik
    Dokładny wzór na histerezę w tym układzie: ΔUi=ΔUo/(R3/R1+R3/R2+1), gdzie ΔUo to zmiana napięcia na wyjściu wzmacniacza; albo inaczej ΔUi=ΔUo*(R1||R2||R3)/R3, co można tłumaczyć tak: przez R3 płynie prąd ΔUo/R3 do połączenia R1,R2,R3, i tam się rozgałęzia na te oporniki, "czując" je jako połączone równolegle (część wraca przez R3, dlatego początkowy prąd nie "czuje" oporności R3+(R1||R2), a tylko R3 - wpływ (R1||R2) jest przez to, co wraca).

    W przypadku, gdy R1=R2, wzór staje się jeszcze prostszy: ΔUi=ΔUo/(2*R3/R2+1), czyli R3= (ΔUo/ΔUi-1)*R2/2 - różni się od uproszczonego tym -1.

    Jeśli istotna jest szybkość, to po pierwsze fototranzystor jest niezbyt szybki - szybsza jest fotodioda spolaryzowana sporym napięciem wstecznym; po drugie, wypada użyć szybkiego komparatora, i po trzecie, wzmocnić jego prąd, żeby szybko przeładować pojemność bramki MOSFET-a.
  • Poziom 43  
    Nie potrzebny ten dzielnik przed fototranzysorem, fototranzystor połączyłeś odwrotnie C-E.
    Rezystor podciągjacy! ile razy można powtarzać!
  • Poziom 10  
    Na szybko policzyłem i układ musi dać radę przekazać 10kHz, to chyba nie jest jakaś duża prędkość i fototranzystor wystarczy?
    Mam na miejscu TEPT4400 i taki chciałbym zastosować.
    Czy komparator LM311 lub LM393 będzie wystarczający do wymaganych 10kHz?


    jarek_lnx napisał:
    Rezystor podciągjacy! ile razy można powtarzać!


    Gdzie ma być ten rezystor podciągający i jaka ma być jego wartość?

    Jeszcze raz, jak zrobić żeby układ nie negował sygnału wyjściowego w stosunku do sygnału wejściowego?
  • Specjalista elektronik
    adam86-20 napisał:
    układ musi dać radę przekazać 10kHz, to chyba nie jest jakaś duża prędkość i fototranzystor wystarczy?

    Z tym nie powinno być problemów, chociaż warto zerknąć do not katalogowych i nie wybrać najwolniejszego. Na temat TEPT4400 nic nie piszą o szybkości.

    adam86-20 napisał:
    Czy komparator LM311 lub LM393 będzie wystarczający do wymaganych 10kHz?

    LM311 ma czas odpowiedzi 200ns (więc wystarczy z dużym zapasem), LM393 1,5us (ponad 7x wolniejszy, ale też by wyrobił ze 100kHz).

    adam86-20 napisał:
    Gdzie ma być ten rezystor podciągający i jaka ma być jego wartość?

    Między wyjściem komparatora, a +zasilania. A jaki, to zależy od komparatora - dla LM311 może być 1k, dla LM393 musi być kilka razy większy. Od niego będzie zależeć opóźnienie spowodowane ładowaniem bramki MOSFET-a - to będą mikrosekundy. Do rozważenia: użycie dodatkowych tranzystorów do wzmocnienia prądu, bo komparator da mało, zwłaszcza LM393.
  • Pomocny post
    Poziom 43  
    Cytat:
    Jeszcze raz, jak zrobić żeby układ nie negował sygnału wyjściowego w stosunku do sygnału wejściowego?

    Przykład termostatu, ale zasada ta sama
    Przerzutnik schmitta czy jeszcze coś innego
  • Specjalista elektronik
    :arrow: #14 - Można zamienić miejscami R2 z R3 i wynik będzie prawie taki sam... są 4 miejsca, gdzie można wstawić czujnik, 2 dają jeden znak zmian na wyjściu, 2 przeciwny.

    Ale "prawie" robi pewną różnicę: co do wielkości histerezy. Prąd fototranzystora mało zależy od napięcia, i jeśli do niego jest podłączony opornik (potencjometr) zapewniający histerezę, to do wzoru zamiast oporności opornika, który był w jego miejscu wchodzi dużo większa impedancja wyjściowa fototranzystora i histereza jest większa, określa ją głównie opornik zasilający fototranzystor. Nie jest to powodem, żeby trzeba było unikać takiego podłączenia, a jedynie wypada wziąć to pod uwagę przy obliczeniach.

    :arrow: #15 - Hm... rozumiem, że kolektor tranzystora ma połączenie z opornikiem powyżej, i wejściem '-', ale nie z wejściem '+' i paroma innymi elementami? Tu do wzoru na histerezę wejdą oporniki 39k, 100k, 1.2M. Przy jaśniejszym świetle prąd fototranzystora rośnie, napięcie na wyjściu i na bramce też, MOSFET się włącza - w tę stronę ma działać?

    Wzmacniacz/komparator powinien być mono, czyli np. LM311, nie LM393. Fototranzystor będzie miał niskie napięcie kolektor-emiter (około 2/7 całego napięcia zasilania), to trochę zmniejszy jego szybkość, ale chyba i tak pojemność bramki będzie miała większy wpływ.
  • Poziom 10  
    _jta_ napisał:

    :arrow: #14 - Można zamienić miejscami R2 z R3 i wynik będzie prawie taki sam... są 4 miejsca, gdzie można wstawić czujnik, 2 dają jeden znak zmian na wyjściu, 2 przeciwny.

    Ale "prawie" robi pewną różnicę: co do wielkości histerezy. Prąd fototranzystora mało zależy od napięcia, i jeśli do niego jest podłączony opornik (potencjometr) zapewniający histerezę, to do wzoru zamiast oporności opornika, który był w jego miejscu wchodzi dużo większa impedancja wyjściowa fototranzystora i histereza jest większa, określa ją głównie opornik zasilający fototranzystor. Nie jest to powodem, żeby trzeba było unikać takiego podłączenia, a jedynie wypada wziąć to pod uwagę przy obliczeniach.


    Nie do końca rozumie tą wypowiedz ale chodzi Ci generalnie o to żeby wytłumaczyć mi zasadę działania :wink: za co dziękuję.


    _jta_ napisał:
    :arrow: #15 - Hm... rozumiem, że kolektor tranzystora ma połączenie z opornikiem powyżej, i wejściem '-', ale nie z wejściem '+' i paroma innymi elementami? Tu do wzoru na histerezę wejdą oporniki 39k, 100k, 1.2M. Przy jaśniejszym świetle prąd fototranzystora rośnie, napięcie na wyjściu i na bramce też, MOSFET się włącza - w tę stronę ma działać?


    Na symulacji wciśnij w prawy górnym rogi przycisk "Stop/Start" wtedy na schemacie lepiej będą widoczne węzły. Układ ma działać w taki sposób że jeśli zwiększy się strumień światła padający na fototranzystorze to MOSFET ma zacząć przewodzić.

    _jta_ napisał:
    Wzmacniacz/komparator powinien być mono, czyli np. LM311, nie LM393. Fototranzystor będzie miał niskie napięcie kolektor-emiter (około 2/7 całego napięcia zasilania), to trochę zmniejszy jego szybkość, ale chyba i tak pojemność bramki będzie miała większy wpływ.


    Zastosuje LM311 i będę testował układ. Zobaczymy co z tego wyjdzie.
  • Specjalista elektronik
    adam86-20 napisał:
    Nie do końca rozumie tą wypowiedz ale chodzi Ci generalnie o to żeby wytłumaczyć mi zasadę działania :wink: za co dziękuję.

    Pomyśl najpierw o mostku z oporników, jak na rysunku w #14. Mostek będzie w równowadze (przełączanie następuje w okolicy punktu równowagi mostka), gdy iloczyny oporności po przeciwnych gałęziach mostka (czyli R2*R5 i R1*(VR1+VR3)) będą sobie równe (albo inaczej, kiedy iloraz góry i dołu w jednym i w drugim pionie będzie taki sam). Jeśli masz równanie x1*x4=x2*x3, to w nim mnożenie jest przemienne, zamiana miejscami np. x1 z x4 nie zmieni tego równania - a to odpowiada przekładaniu oporników. Możesz też zamienić strony równania, i to też nic nie zmienia, ono pozostaje prawdziwe. Ale zamiana stron zmienia znak napięcia na wyjściu LM311 - niezmienne pozostaje to, że w takiej samej sytuacji będzie 0. To pozwala zmieniać układ tak, by było wygodniej.

    W przypadku fototranzystora sprawa nieco się komplikuje, bo dla niego zależność prądu od napięcia nie jest liniowa - jeśli zamiana zmieni napięcie na fototranzystorze, to jego "opór" (iloraz napięcia i prądu) się zmieni, i trzeba zmienić jakiś opornik, żeby uzyskać równowagę. Może się przydać taka zmiana układu, by zwiększyć napięcie na fototranzystorze, żeby działał szybciej - będzie to wymagało zmiany jakiegoś opornika, bo fototranzystor będzie mieć większy "opór" - albo do równowagi mostka będzie potrzebny większy prąd fototranzystora (czyli jaśniejsze światło).
  • Poziom 10  
    Ok, teraz wszystko rozumie. Najlepiej jednak było by złożyć taki układ. Mieć na stanie generator + dioda LED do tego oscyloskop i zbadać jak szybko i poprawnie działa taki układ. Wtedy wybrać najlepszą konfigurację. Niestety nie mam dostępu do takiego sprzętu.

    I tak po zmontowaniu będę mierzył napięcie na wejściu "-" LM311 w stosunku do natężenia światła. Przetestuję układ i wtedy ewentualnie zmienię wartości rezystorów tak żeby wszystko dobrze działało. Jedynie nie sprawdzę jego szybkości działania bez odpowiedniego sprzętu.

    Do oświetlenia fototranzystora będę używał lasera 1mW którego wiązka będzie przechodzić przez diafragmę o bardzo małej średnicy. Fototranzystor również będzie zamontowany za diafragmą.
  • Pomocny post
    Specjalista elektronik
    adam86-20 napisał:
    po zmontowaniu będę mierzył napięcie na wejściu "-" LM311

    Możesz zacząć od mierzenia napięcia między punktami mostka, do których są (mają być) podłączone jego wejścia. Trzeba tak dobrać ilość światła i oporniki, żeby to napięcie było 0 - może zrobić tak, żeby laser szybko migał, i mierzyć napięcie miernikiem, który wskaże średnią jego wartość (miganie nie musi być bardzo szybkie, pewnie przy kilkuset Hz miernik uśredni odczyt).

    Potem podłączyć LM311 i opornik od histerezy, i sprawdzić (znowu pomiar napięcia miernikiem), co jest na wyjściu - to powinno zależeć od współczynnika wypełnienia impulsu lasera.

    Do zmierzenia opóźnienia będzie potrzebna bramka (albo bramki), można by ją zastąpić układem tranzystorowym, ale to będzie nieco złożone. Trzeba na jedno wejście bramki podać sygnał, który dostaje laser, a na drugie sygnał z wyjścia LM311. Jakby użyć do tego bramki Exclusive-OR, to i przy włączonym laserze, i przy wyłączonym na jej wyjściu powinno być to samo. Ale w chwili włączania, czy wyłączania pojawi się stan przeciwny - przez czas od włączenia/wyłączenia lasera do pojawienia się odpowiedniej zmiany na wyjściu LM311. Jeśli będziesz szybko (z częstotliwością kilku, nawet kilkunastu kHz) włączać i wyłączać laser, to miernik wskaże jakieś napięcie na wyjściu bramki, i z niego określisz opóźnienie sygnału.