O circuito Op Amp não se comporta como desejado

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Encontrei na rede um circuito que deveria fazer exatamente o que eu queria (controlar uma ventoinha de refrigeração), mas fica ligado o tempo todo. Não tenho certeza se há um erro no esquema ou se há algo que eu perdi.

Se o termistor estiver frio, o ventilador deve estar desligado. Enquanto aquece, o ventilador deve ligar. No momento, o ventilador está sempre ligado. Eu verifiquei minha fiação, etc, e tenho certeza de que a tenho conforme a foto. Substituí R4 por um cortador de 10K para permitir o ajuste do gatilho temporário.

Aqui está o diagrama do circuito: Diagrama de circuito

Aqui está o artigo do qual estou trabalhando .

ATUALIZAÇÃO: fez uma simulação (usando Qucs) para ver como o circuito deve se comportar. Usei os valores reais do resistor que medi com o multímetro (veja as discussões abaixo). Aqui está uma captura de tela:

insira a descrição da imagem aqui (nota: não consegui encontrar um ventilador no compartimento de peças, por isso inseri um diodo para efeito)

Poderia haver um problema terminal com o amplificador operacional que está atrapalhando os níveis de tensão? É novo, mas não quer dizer que não tenha sido estático.

OUTRA ATUALIZAÇÃO: Decidiu usar o Qucs para ver o que o circuito poderia fazer se o termistor fosse 'aquecido'. Escolhendo um valor para R1 aleatoriamente, surgiu o seguinte: insira a descrição da imagem aqui Esta simulação mostra o viés do amplificador operacional mudando para produzir uma saída 'baixa', no entanto, a base do Q1 ainda é alta e causa uma queda de aproximadamente 2,4V no ventilador. Para aqueles que seguem a conversa com @vicatcu abaixo, isso sugere que pode haver um piso de design no circuito. Alguém sabe o que mais poderia estar segurando Q1 na posição 'ON'?

741 OP-AMP datasheet

ATUALIZAÇÃO # 3: Usando alguns dos ponteiros fornecidos, consegui fazer uma simulação funcional do circuito. insira a descrição da imagem aqui

O circuito superior está com o termistor 'frio' e, além da corrente de fuga, o ventilador está praticamente 'desligado'! O circuito inferior mostra o termistor "quente", com 11,4V confortáveis. O truque agora é como conseguir isso usando uma única fonte de energia! Eu pretendia usar uma única fonte de alimentação de 12V para acionar o circuito. Esses circuitos têm suprimentos duplos. Tentei simular com um divisor de tensão para dividir a voltagem de uma única fonte; no entanto, quando o termistor cai quando está "quente", ele arrasta a voltagem do circuito para cerca de 2V e o ventilador atinge cerca de 0,8V. Não exatamente 'ON'. Eu tenho alguns pacotes de 9V de reposição, então posso usar um de 12V e um de 9V para alimentar o circuito na configuração acima, mas se eu conseguir sair com uma única fonte, isso seria o ideal.

ATUALIZAÇÃO # 4: Aqui está um gráfico aproximado da resistência dos termistores à medida que a temperatura muda (em graus Celsius) Termistor Vs Gráfico de Temperatura

Andrew Heath
fonte
e é claro que você ajustou o pote e verificou todos os valores de resistores com um ohmímetro?
Kenny
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Qual é a voltagem nos pinos 2, 3 e 6 do amplificador operacional?
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Usar um diodo em vez de um ventilador é a coisa errada a se fazer. Use um resistor. É por isso que a tensão no ventilador não varia muito entre as duas simulações.
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@ AndrewHeath Acho que clabaccio tem o resto da resposta. Para testar sua sugestão, desligue apenas o amplificador operacional de + 15v, mantendo o restante em + 12v.
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@clabacchio - Obrigado por adicionar um link para a folha de dados 741. Costumo adicionar links às folhas de dados de peças exóticas , mas não tenho certeza de que seja realmente necessário para uma peça de commodity como a 741. Você também não adiciona folhas de dados para resistores, pois não?
Stevenvh

Respostas:

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Eu adicionaria algumas sugestões para o design:

  1. Você está usando o 741 OP-AMP, que não é trilho a trilho, e está usando-o para acionar a base de um transistor: o que acontece é que, quando a saída do 741 é alta, será em torno de Vcc - 1V, é suficiente para manter o transistor ligado. Eu sugeriria usar um OPAMP trilho a trilho ou adicionar uma pequena resistência ao emissor do transistor para limitar a corrente quando a entrada for alta (poderia ser ainda melhor porque você mantém o ventilador em uma velocidade mais lenta, mas ainda resfria).

  2. Ao projetar com sensores, como fotorresistores ou termistores, é melhor - primeiro conhecer o valor à temperatura ambiente desses sensores - e depois escolher um potenciômetro um pouco maior para simular o comportamento desse sensor e verificar se o circuito está funcionando.

VCEsat+VBEON0.2+0.60.8V

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

±15V

Você pode ver como o seu OPAMP está emitindo 10 V em vez de 12 e 1,2 V em vez de 0; o primeiro, com a queda do resistor, mantém o transistor sempre ligado, como você pode ver que a tensão básica é de 11V, o suficiente para mantê-lo ligado.

E ... por que você usou um diodo para simular um ventilador ??? Parece uma carga bem diferente.

ATUALIZAÇÃO PARA A ATUALIZAÇÃO:

Fico feliz que funcione, pelo menos na simulação: no entanto, você ainda está usando um único suprimento de trilhos (+12: 0, + 15: 0). O 741 quer +15: -15, então a melhor coisa a fazer é MUDAR O OPAMP . Não é nada caro e você pode usar um trilho a trilho (novamente), melhor para aplicações de fornecimento único, até 3,3V, se necessário; ou, para o seu caso, +12 ou +5.

Esta é uma opção, aqui há bastante, você só precisa escolher, com base principalmente na disponibilidade para sua finalidade. Para o simulador, você também pode encontrar muitas opções.

clabacchio
fonte
A alteração do resistor limitador de corrente R5 poderia ajudar o transistor a desligar?
Andrew Heath
Eu acho que não, porque quando a saída do OP-AMP é alta, se o transistor não estiver completamente desligado, absorverá um pouco de corrente puxando a base do transistor, mas é um efeito fraco e provavelmente não o suficiente para desligando-o
clabacchio
você é capaz de fornecer um exemplo do que você está descrevendo (ou seja, como você mudaria o circuito usando um op-amp rail-to-rail?
Andrew Heath
Acho que sei o que você quer dizer, mas preciso de mais informações - como uma sugestão sobre qual amplificador operacional devo usar. Eu peguei o 741 do circuito original, não estou com todos os diferentes amplificadores operacionais disponíveis. Eu suponho que eu deveria ser capaz de 'plug and play' uma alternativa apropriada no projeto do circuito atual e fazer todos os sistemas funcionarem !? Por favor, também pense se você acha que o transistor deve mudar também.
Andrew Heath
@AndrewHeath, você pode encontrar muitos OPAMPS, para qualquer finalidade (verifique a resposta): o que você precisa é trilho a trilho, amplitude de tensão de 12V (você encontrará várias faixas diferentes, basta verificar se ele cai) e não se preocupe com a velocidade e atual, porque seu aplicativo não possui requisitos específicos.
clabacchio
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O que você tem aqui é basicamente um comparador dirigindo a base de um PNP BJT.

Uma explicação simplista é que o ventilador deve LIGAR quando o BJT vê um "baixo" no comparador e DESLIGAR quando o BJT vê um "alto" no comparador.

O comparador gera um "baixo" quando a tensão do terminal negativo (pino 2) está acima da tensão do terminal positivo (pino 3) e um "alto" quando a tensão do terminal positivo está acima da tensão do terminal negativo.

R3 e R4 formam um divisor de tensão que define a tensão no terminal negativo para um valor fixo. Com R3 e R4 ambos avaliados em 10kOhm, a tensão no terminal negativo será Vcc / 2.

Da mesma forma, R2 e R1 (o termistor) formam um divisor de tensão que define a tensão no terminal positivo, e essa tensão varia consequentemente com a temperatura.


Atualização Em resumo:

  • A tensão no terminal negativo é: Vcc * R4 / ( R3 + R4 )
  • A tensão no terminal positivo é: Vcc * R1 / ( R1 + R2 )
  • O ventilador liga quando: R1 < R4 * R2 / R3
vicatcu
fonte
Qual feedback positivo? Ter um feedback positivo para criar histerese é provavelmente uma boa ideia nesta aplicação, mas não a vejo no circuito proposto.
O Photon
@Photon, eu não estava dizendo que o feedback positivo é uma coisa ruim, apenas uma das características de uma configuração de comparação
vicatcu
@Hothot, pensando bem que você está certo, não há feedback positivo nesse circuito em particular.
vicatcu
Vocês acham que reduzir o valor de R2 (digamos 8,2K) ajudaria a influenciar a entrada +, de modo que, quando o termistor estiver 'frio' e em torno da marca de 10K, garantirá que o ventilador esteja desligado?
Andrew Heath
@AndrewHeath depende totalmente a resistência medida do seu termistor ...
vicatcu
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Usando os conselhos e as informações que as pessoas me deram, alterei o circuito e usei um LM339 Op-Amp que é um Op-Amp trilho a trilho. Como possui 4 amplificadores no pacote, adicionei ventiladores adicionais etc. para complementar o resfriamento. Aqui estão os circuitos:

Fan Off Fan Off

Fan On Fan On

Fan On - Usando todos os 4 amplificadores operacionais Fan On - Usando todos os 4 amplificadores operacionais

Andrew Heath
fonte
O LM339 é um comparador de coletor aberto , não um amplificador operacional.
Connor Wolf