Anemómetro con opamp

Esto está relacionado con una pregunta mía anterior, pero tengo una pregunta de seguimiento diferente para la que quería hacer una nueva publicación.

Estoy tratando de entender más sobre cómo funciona el siguiente circuito, específicamente el amplificador:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Tomado de aquí con algunos detalles adicionales agregados. EDITAR: Pude encontrar el documento fuente aquí , en caso de que sea útil para alguien.

Intenté implementar algo similar con un amplificador de instrumentación, pero me dijeron que un amplificador operacional sería una opción mucho mejor. Sin embargo, no tengo totalmente claro cómo funciona el opamp en este contexto. Esto no parece estar configurado como un amplificador de diferencia con resistencias de retroalimentación que limitan la ganancia, y se sugirió que una gran ganancia es realmente beneficiosa aquí. Así que esto es lo que no entiendo:

  • ¿Este opamp está configurado para actuar como un comparador aquí? Es decir, ¿la salida del amplificador estará principalmente saturada cerca de 5 V o tierra la mayor parte del tiempo y evitará los voltajes de salida intermedios?

  • Si está actuando como comparador, ¿qué sucede cuando el puente está equilibrado? El termistor debe mantenerse a una temperatura elevada cuando esto sucede, entonces, ¿veríamos esencialmente una onda cuadrada en la salida del opamp?

  • Si esto no actúa como un comparador, ¿cómo se establece la ganancia?

Perdón por lo que podría ser un simple malentendido: me está costando mucho entender la operación prevista, ya que estoy acostumbrado a circuitos operacionales más simples.

Hoja de datos TLV2434

Hoja de datos 2N2222 de clases.

¿Qué estás tratando de lograr con este circuito? Sus comentarios sobre la capacidad de calentamiento del termistor sugieren su uso como calentador en lugar de su propósito original como detector de velocidad del aire. Decirnos cuál es su aplicación y su problema real sería de gran ayuda. | ¿Por qué le importa cuánto calor se agrega al termistor? La saturación debe abordarse aplicando menos energía, SI lo está utilizando de manera intencionada. || Q1, el 2N2222 es simplemente un amplificador de corriente para que el opamp le dé suficiente potencia para impulsar el NTC.
Eso es correcto, solo estoy buscando medir la velocidad del aire. Tengo entendido que una temperatura de trabajo más alta permite una respuesta más rápida a los cambios transitorios en la velocidad, ya que depende menos de la constante de tiempo térmica del termistor en sí (puedo estar equivocado, y definitivamente no lo estoy explicando bien en cualquier caso). En el ejemplo que he vinculado anteriormente, lo están calentando a aproximadamente 75 grados C, que se establece a través de la relación de resistencia en la pata del puente sin termistor (se calienta hasta que coincidan, si es posible). Si tienes alguna idea sobre ese tema, definitivamente te lo agradecería.
Con una operación de 5 V, el máximo que puede disipar un termistor a 40 ohmios es V^2/R ~= 600 mW. Seleccionar un termistor que coincida con sus requisitos, digamos de 100 a 200 mW, debería ser "bastante fácil". ¿Tiene un número de pieza/enlace del termistor? || 2N2222 tiene una capacidad nominal de 500 mA. ¿Qué estás usando realmente? ¿Enlace? El circuito debe ser lo suficientemente fácil de hacer funcionar. (Debiera ser). Tenga en cuenta que las entradas al opamp deben ser <= 4.5V. rango de modo común.
De acuerdo, definitivamente necesito cambiar los valores de la resistencia. Todavía estoy reconstruyendo cómo optimizar mejor la relación. Estoy usando un TIP31G (3A continuo). También lo noté y estaba preocupado por el límite actual, así que lo cambié. Recogí un kit de termistor porque no estaba seguro de qué valores serían los más apropiados. Tengo todos los enumerados aquí y he estado tratando de usar los de 40, 100 y 1k ohm hasta ahora, ya que la mayoría de los ejemplos que he visto han sido en el extremo inferior, pensé para facilitar el calentamiento
El diseño es "algo extraño"

Respuestas (3)

Ignorando R4 por el momento, su efecto es insignificante, no entiendo cuál es su propósito. Editar: Necesario para arrancar el circuito (gracias Transistor ).

El circuito no funciona como comparador. El circuito de bucle cerrado intentará equilibrar las entradas del opamp. Ajustará el voltaje en V2 hasta que el autocalentamiento del termistor haga que la resistencia del termistor sea de aproximadamente 39 ohmios.

Redibujar el circuito hace que sea más fácil de entender.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Editar: este circuito puede funcionar en un entorno de laboratorio, pero cuestiono su utilidad en el mundo real. En un día frío, dudo que pueda obtener suficiente energía en el termistor para calentarlo. La resistencia del termistor en un día frío puede ser de 1k. 5V^2/1k es solo 25 mW.

R4 arranca el circuito. Si, en el encendido, Q1 está apagado, no hay voltaje o hay muy poco, entonces Vin-> Vin+ y el circuito no se iniciará. R4 polariza el circuito para que Vin+ > Vin-, la salida del amplificador operacional cambia a nivel alto y el resto es como lo ha escrito. Curiosamente, también había corregido el esquema con un suministro positivo en la parte superior muy similar al tuyo.
Gracias a ambos por la información detallada, eso ayuda mucho (he votado a favor, pero aparentemente me faltan representantes para que aparezca todavía). Supongo que tratar de verlo en términos de ganancia de la forma en que miraría un amplificador operacional con resistencias de retroalimentación sería engañoso en este caso. Por lo tanto, el voltaje medido en la salida (y el voltaje "superior" del puente) aumentarán hasta que se alcance el equilibrio o fluya la máxima corriente de emisor posible. Acabo de recrear esto con un termistor y una relación de puente ligeramente diferentes, y parece que ya me estoy saturando antes de alcanzar la temperatura objetivo.
Con respecto a mi problema de saturación y la utilidad en el mundo real, ¿qué recomendaría para mejorar la capacidad de calentamiento? ¿Aumentar el voltaje de excitación o posiblemente usar un termistor R25 más pequeño? ¿O tal vez el uso de un par Darlington en lugar de un solo transistor NPN?
Para obtener más capacidad de calentamiento, use un Vcc más alto, tal vez 15V. Deberá usar un opamp diferente con una mayor capacidad de Vcc. Tiene que ser un amplificador operacional de riel a riel. Un darlington no ayudará.
Eso tiene sentido, ¡gracias por la explicación!

Siguiendo con Mattman944, se necesita el transistor para proporcionar la alta corriente necesaria para calentar el sensor/termistor.

Gracias por la aclaración. Parece que el transistor va a ser el principal factor limitante en términos de utilidad, como se mencionó anteriormente. Necesito buscar formas de aumentar la entrega actual, porque el transistor que usé para replicar esto (2N3904) no es suficiente.

El diseño es "algo extraño" y parece sufrir de un exceso de ingenio. Se ha intentado impulsar un puente con un suministro autorregulable, pero el resultado depende de los componentes utilizados y es difícil de diseñar, mientras que una simplificación puede facilitar el diseño. Vea abajo.

El punto de operación no está bien definido ya que V2 puede asumir un rango de valores con el puente en equilibrio. ES un circuito comparador, pero la ganancia se establece por la relación de la red impulsada por transistor a R4, que es difícil de analizar de manera simple.

El uso de resistencias de termistor más bajas cambia el punto de operación de CC. Bajar R4 para mantenerlo en la misma proporción con el termistor "puede ayudar". Reducir el valor del termistor solo corre el riesgo de llevar la entrada inversora fuera del rango de Vcm.
Sugiero que hacer que la proporción de R1:R5 NO sea SUPERIOR a aproximadamente 8:1 parece inteligente. Eso significa que la entrada inversora nunca se puede manejar por encima de (5-0.6) x R5/(R1+R5) ~= 4V, lo cual está bien dentro del rango de modo común de opamps.

Si el 5V es estable, conectar R5 a +5V en lugar de a V2 probablemente funcionará correctamente sin ninguna "magia" como en la actualidad. La corriente del termistor y el punto de operación se pueden diseñar con confianza.
Si el suministro de 5 V es demasiado variable, haga lo anterior pero sujete la entrada inversora con un zener o una fuente de referencia. (Una parte de TL431 al 0,5 % proporciona una buena estabilidad a un costo menor).
En ambos casos, R4 ya no es necesario.

El documento al que se refiere menciona un "circuito de termistor de voltaje constante". Agregar el divisor o la referencia como se indica arriba lo hace así. La fuente citada originalmente estaba ausente cuando la busqué. Sería interesante ver si alguien puede encontrar una copia.

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