Il circuito Op Amp non si comporta come desiderato

Ho trovato un circuito in rete che dovrebbe fare esattamente quello che voglio (controllare una ventola di raffreddamento) ma è sempre acceso. Non sono sicuro se c'è un errore nello schema o se c'è qualcos'altro che mi è sfuggito.

Se il termistore è "freddo", la ventola dovrebbe essere spenta. Mentre si riscalda, la ventola dovrebbe accendersi. Al momento il fan è sempre acceso. Ho ricontrollato il mio cablaggio ecc. E sono sicuro di averlo come da foto. Ho sostituito R4 con un trimmer da 10K per consentire la regolazione del trigger di temperatura.

Ecco lo schema elettrico:

Ecco l'articolo da cui sto lavorando .

AGGIORNAMENTO: Realizzata una simulazione (usando Qucs) per vedere come dovrebbe comportarsi il circuito . Ho usato i valori effettivi del resistore che ho misurato con il multimetro (vedere le discussioni di seguito). Ecco uno screenshot:

inserisci qui la descrizione dell'immagine (nota: non sono riuscito a trovare un ventilatore nel cestino delle parti, quindi ho inserito un diodo per effetto)

Potrebbe esserci un problema terminale con l'amplificatore operazionale che incasina i livelli di tensione? È nuovo di zecca, ma non significa che non sia stato sottoposto a zapping statico.

UN ALTRO AGGIORNAMENTO: Ha deciso di utilizzare Qucs per vedere cosa potrebbe fare il circuito se il termistore fosse "riscaldato". Scegliendo un valore per R1 in modo casuale, ne è venuto fuori questo: inserisci qui la descrizione dell'immagine Questa simulazione mostra che il bias dell'amplificatore operazionale cambia per produrre un'uscita 'bassa', tuttavia, la base di Q1 è ancora alta e provoca una caduta di circa 2,4 V sulla ventola. Per coloro che seguono la conversazione con @vicatcu di seguito, ciò suggerisce che potrebbe esserci un piano di progettazione nel circuito. Qualcuno sa cos'altro potrebbe tenere Q1 in posizione 'ON'?

Scheda tecnica 741 OP-AMP

AGGIORNAMENTO # 3: Usando alcuni dei puntatori forniti, sono riuscito a fare una simulazione funzionante del circuito. inserisci qui la descrizione dell'immagine

Il circuito superiore è con il termistore 'freddo' e oltre alla corrente di dispersione, il ventilatore è praticamente 'OFF'! Il circuito inferiore mostra il termistore "caldo" con un comodo 11,4 V che lo guida. Il trucco ora è come raggiungere questo obiettivo utilizzando un'unica fonte di alimentazione! Intendevo usare un singolo alimentatore da 12 V per guidare il circuito. Questi circuiti hanno una doppia alimentazione. Ho provato a simulare con un divisore di tensione per dividere la tensione da una singola sorgente, tuttavia, quando il termistore scende quando "caldo" trascina la tensione attraverso il circuito a circa 2 V e la ventola arriva a circa 0,8 V. Non esattamente "ON". Ho alcuni alimentatori da 9 V di riserva, quindi posso usare un pacco da 12 V e un 9 V per alimentare il circuito nella configurazione sopra, ma se riesco a cavarmela con una singola fonte, sarebbe l'ideale.

AGGIORNAMENTO N. 4: Ecco un diagramma approssimativo della resistenza dei termistori al variare della temperatura (in gradi celcius) Grafico della temperatura del termistore Vs

operational-amplifier temperature thermistor

— Andrew Heath
fonte

e ovviamente hai regolato il piatto e controllato tutti i valori dei resistori con un ohmetro?

— Kenny,

Qual è la tensione sui pin 2, 3 e 6 dell'amplificatore operazionale?

L'uso di un diodo anziché di una ventola è la cosa sbagliata da fare. Utilizzare invece una resistenza. Ecco perché la tensione sulla ventola non varia molto tra le due corse di simulazione.

@AndrewHeath Penso che Clabaccio abbia il resto della risposta. Per testare il suo suggerimento, spegnere solo l'amplificatore operazionale di + 15v mantenendo tutto il resto a + 12v.

@clabacchio - Grazie per aver aggiunto un link alla scheda tecnica 741. Aggiungo spesso collegamenti a fogli dati di parti esotiche , ma non sono sicuro che sia davvero necessario per una parte di prodotto come il 741. Nemmeno aggiungi fogli dati per resistori, vero?

— Stevenvh,

Risposte:

Vorrei aggiungere un paio di suggerimenti per il design:

Stai usando 741 OP-AMP, che non è rail-to-rail, e lo stai usando per pilotare la base di un transistor: quello che succede è che quando l'uscita del 741 è alta, sarà a circa Vcc - 1 V, questo è sufficiente per mantenere acceso il transistor. Suggerirei di utilizzare un OPAMP rail-to-rail o di aggiungere una piccola resistenza all'emettitore del transistor per limitare la corrente quando l'ingresso è alto (potrebbe essere ancora migliore perché mantieni la ventola a una velocità più lenta ma ancora raffreddando).
Quando si progetta con sensori, come fotoresistori o termistori, è meglio - prima conoscere il valore a temperatura ambiente di questi sensori - e quindi scegliere un potenziometro appena più grande per simulare il comportamento di questo sensore e verificare che il circuito funzioni.

AGGIORNAMENTO : dal foglio dati , l'oscillazione di tensione tipica è di 13-14 V (è possibile misurare il valore esatto massimo solo misurando la tensione di saturazione positiva) e, in base alla progettazione, la perdita nell'intervallo tende ad essere più nella guida superiore, perché il stadio di uscita ha un . ${V_{CE}}^{sat} + {V_{BE}^{ON}} \simeq 0.2 + 0.6 \simeq 0.8 V$

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

AGGIORNAMENTO 2 : Ora vedo che stai alimentando il tuo circuito a + 12V / 0V, che NON è l'esatta tensione di alimentazione specificata per l'OPAMP 741: richiede un doppio binario, risolvilo come prima cosa. $\pm 15V$

Puoi vedere come il tuo OPAMP sta emettendo 10 V invece di 12 e 1,2 V invece di 0; il primo, con la caduta sul resistore, rende il transistor sempre acceso, come puoi vedere che la tensione di base è di 11 V, abbastanza per tenerlo acceso.

E ... perché hai usato un diodo per simulare un fan ??? Sembra un carico abbastanza diverso.

AGGIORNAMENTO AGGIORNATO:

Sono contento che funzioni, almeno la simulazione: tuttavia, stai ancora utilizzando una fornitura a binario singolo (+12: 0, +15: 0). Il 741 vuole +15: -15, quindi la cosa migliore da fare è CAMBIARE L'OPAMP . Non è affatto costoso e puoi usare un rail-to-rail (di nuovo), che è meglio per le applicazioni a singola fornitura, fino a 3,3 V se ne hai bisogno; o, nel tuo caso, +12 o +5.

Questa è un'opzione, qui ce ne sono molte, devi solo scegliere, in base principalmente alla disponibilità per il tuo scopo. Per il simulatore, puoi anche trovare molte opzioni.

— clabacchio
fonte

La modifica della resistenza limitatrice di corrente R5 potrebbe aiutare il transistor a polarizzare OFF?

— Andrew Heath,

Non credo, perché quando l'uscita dell'OP-AMP è alta, se il transistor non è completamente spento, assorbirà un po 'di corrente tirando su la base del transistor, ma è un effetto debole e probabilmente non abbastanza per disattivandolo

— clabacchio

sei in grado di fornire un esempio di ciò che stai descrivendo (ad esempio, come cambieresti il circuito usando un amplificatore operazionale rail-to-rail?

— Andrew Heath

Penso di sapere cosa intendi, ma ho bisogno di maggiori informazioni, come un suggerimento su quale op-amp dovrei usare. Ho preso il 741 dal circuito originale, non sono su tutti i diversi op-amp disponibili. Presumo che dovrei essere in grado di "collegare e riprodurre" un'alternativa appropriata al design del circuito attuale ed essere tutti i sistemi andare !? Per favore, pensa anche se dovresti cambiare anche il transistor.

— Andrew Heath,

@AndrewHeath puoi trovare molti OPAMPS, per qualsiasi scopo (controlla la risposta): ciò di cui hai bisogno è rail to rail, intervallo di tensione 12V (troverai molte gamme diverse, controlla solo che cada) e non preoccuparti della velocità e corrente, perché l'applicazione non ha requisiti particolari.

— Clabacchio

Quello che hai qui è fondamentalmente un comparatore che guida la base di un PNP BJT.

Una spiegazione semplicistica è che la ventola dovrebbe accendersi quando il BJT vede un "basso" dal comparatore e spegnersi quando il BJT vede un "alto" dal comparatore.

Il comparatore emette un "basso" quando la tensione negativa del terminale (pin 2) è superiore alla tensione positiva del terminale (pin 3) e un "alto" quando la tensione positiva del terminale è superiore alla tensione negativa del terminale.

R3 e R4 formano un divisore di tensione che imposta la tensione sul terminale negativo su un valore fisso. Con R3 e R4 entrambi valutati a 10kOhm, la tensione sul terminale negativo sarà Vcc / 2.

Allo stesso modo, R2 e R1 (il termistore) formano un divisore di tensione che imposta la tensione sul terminale positivo e che la tensione varia di conseguenza con la temperatura.

Aggiornamento In sintesi:

La tensione sul terminale negativo è: Vcc * R4 / ( R3 + R4 )
La tensione sul terminale positivo è: Vcc * R1 / ( R1 + R2 )
La ventola si accende quando: R1 < R4 * R2 / R3

— vicatcu
fonte

Quale feedback positivo? Avere un feedback positivo per creare l'isteresi è probabilmente una buona idea in questa applicazione, ma non lo vedo nel circuito proposto.

— Il fotone

@Photon, non stavo dicendo che il feedback positivo è una brutta cosa, solo uno dei

— tratti

@Photon, al secondo pensiero hai ragione, non ci sono feedback positivi in questo particolare circuito.

— vicatcu,

Ragazzi, pensate che ridurre il valore di R2 (diciamo a 8,2 K) aiuterebbe a distorcere l'ingresso + in modo tale che quando il termistore è 'freddo' e intorno al segno 10K assicurerà che la ventola sia spenta?

— Andrew Heath,

@AndrewHeath dipende totalmente dalla resistenza misurata del tuo termistore ...

— vicatcu

Usando i consigli e le informazioni che mi hanno dato, ho modificato il circuito e ho usato un amplificatore operazionale LM339 che è un amplificatore operazionale rail-to-rail. Dato che ha 4 amp in un unico pacchetto, ho aggiunto ventole aggiuntive ecc per completare il raffreddamento. Ecco i circuiti:

Fan Off Fan Off