¿Cómo derivar el voltaje de nodo para este comparador con histéresis?

Tengo el siguiente circuito. U26 es un búfer de unidad simple y U15 es solo un comparador dual .

Quiero que el comparador superior compare el voltaje de la batería (VBAT/2) en la entrada inversora con una referencia de 2,0 V en la entrada no inversora. También quiero 50 mV de histéresis. Por alguna razón, el pin 3 está sentado a 2,8 V y el pin 6 a 2,4 V. Me imagino que tiene que ver con el Req de R13, R14 y R16, pero parece que no puedo entender cómo hacer que las ecuaciones funcionen para hacer que el pin tres de U15 2.0V y tenga histéresis.

Del mismo modo, quiero que el comparador inferior compare VBAT/2 con 1,70 V en el pin inversor y tenga 50 mV de histéresis hecha con R22 y R23.

Se aceptarán las ecuaciones y cómo derivarlas para obtener el pin 3 a 2.0V, el pin 6 a 1.7V y 50mV de histéresis para cada comparador.

La salida son solo 3 LED donde solo 1 puede estar encendido a la vez, estando encendido cuando la salida del comparador es baja.

EDITAR:

Así que lo que hice fue multiplicar R21, R22 y R23 por 10. Esto me da el efecto deseado. No veo desventajas en este método? Sin embargo, todavía no puedo derivar la ecuación que determina los voltajes en los pines 3 y 6.

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Respuestas (2)

Suponiendo que tiene algo de almacenamiento en búfer para que los comparadores oscilen exactamente 5 V ... resolviendo numéricamente para minimizar el error al cuadrado de los dos umbrales y las dos histéresis (usando el software de resolución)

R13 = 30.000K (definido)

R14 = 2.923256628K

R16 = 16.07788776K

R21 = 1142.70829K

R22 = 1061.133891

Obviamente, podría escalar esos valores más alto o más bajo. Escogí un valor exacto para R13, basado en hacer arbitrariamente la corriente del divisor de aproximadamente 100 uA y, por lo tanto, tener resistencias de retroalimentación en el rango de 1M ohm.

Eso hace que los voltajes en los pines 3 y 6 sean 2.000 y 1.7000 con ambas salidas altas, con la salida respectiva baja, cada uno cambiará 50 mV más abajo: 1.9500V y 1.6500V

Simplemente calculé los voltajes actuales dados los valores de resistencia (suponiendo que ambas salidas son altas), luego calculé las dos resistencias (alta y baja) mirando el divisor de R21 y R22, y desde allí la histéresis con un cambio de 5V: 5 * Rthev/( R21 + Rthev), por ejemplo.

Para estimar aproximadamente los valores de la resistencia, puede ignorar la retroalimentación (sabemos que es un cambio de voltaje relativamente pequeño), suponga una corriente divisoria de (digamos) 100uA y luego sabrá que:

R13 = (5V - 2V)/0.1 = 30K

R14 = (2V - 1,7V)/0,1 = 3K

R16 = (1.7V)/0.1 = 17K

Aproximadamente, mirando el nodo en el pin 3 e ignorando R22, vemos R13 || (R14 + R16), por lo que la resistencia de retroalimentación R21 debería ser aproximadamente 4,95/0,05 = 99 veces mayor, o alrededor de 1,2 M. De manera similar, mirando el nodo en el pin 6 e ignorando R21, vemos (R13 + R14) || R16, por lo que R22 debería estar alrededor de 1,1 millones.

Como puede ver, esas conjeturas no están muy lejos, y es posible jugar un poco con ellas en Spice y acercarse lo suficiente como para que (digamos) domine la tolerancia de resistencia del 1%.

C14 es una muy mala idea: el amplificador operacional oscilará, y C21 y C22 tampoco son una buena idea. Para que la salida se ajuste, no debe retrasar la retroalimentación.

Donde me quedé atascado es "(asumiendo que ambas salidas son altas)". Veo que hace que R21 sea una conexión paralela con R13, pero ¿por qué suponer que es alta y no baja?
De acuerdo, puede elegir si desea que la histéresis esté centrada, hacia un lado o hacia el otro lado (o algo más). No especificó, pero la implicación era que deseaba cambiar en los umbrales enumerados cuando la entrada estaba dentro de la 'ventana' entre 1,7 y 2,0 V, con histéresis antes de que regresara, en esa ventana (por ejemplo, a 1,85 V) ambas salidas son altas. Es una elección arbitraria, y hacer una diferente cambiaría ligeramente los valores de la resistencia (y la solución numérica requeriría ecuaciones diferentes)
Continuación Recuerde que en realidad hay cuatro puntos de conmutación aquí: he elegido 1.65/1.70/1.95/2.0 (lo que requiere que las salidas sean altas para los puntos de conmutación más altos: retroalimentación positiva). A partir de su información, uno podría haber elegido fácilmente 1,675/1,725/1,975/2,025 o 1,70/1,75/1,95/2,0. Dado que la especificación es ambigua, en un proyecto real que (y algunas otras cosas, seguro, como la tolerancia, que no mencioné, y la carga de salida, para la cual mencioné la suposición) se habría aclarado antes de arrancar un diseño.
Antes de matar el programa, conecté los valores de histéresis centrada y obtuve estos: 30 3.501347054 16.75639954 1188.188893 1097.535567
Entonces, ¿puede resolverlo técnicamente con la salida baja también y combinar las ecuaciones para obtener la ventana de histéresis deseada?
Además, ¿no importa el valor de R23 para la ventana de histéresis del comparador inferior?
En realidad, lo hace, y los cálculos no son exactos. Sin embargo, el método general funcionará.
Entonces, una forma "no exacta" más simple sería simplemente hacer que R21, R22 y R23 sean un orden de magnitud más grandes para preservar la histéresis pero hacerlos insignificantes para el divisor de voltaje, ¿verdad?
R23 debe ser bajo en peso R22 (alrededor de 1/100).

A falta de aportes de R21,

V (clavija 3) = 5 x (56,2 k + 10 k)/(56,2 k + 10 k + 100 k)

V(pin 6) = 5 x (56,2k)/(56,2k + 10k + 100k)

Además, la histéresis en el pin 3 será unas 10 veces mayor de lo que piensas.

Incluyendo los efectos de R21 e ignorando los efectos de carga a través del LED VERDE,

para alto voltaje de entrada, V(pin 3) = 5 x (56.2k + 10k)/(56.2k + 10k + 50k)

para bajo voltaje, V(pin 3) = 5 x [(56,2k + 10k) x 100k) / [(56,2k + 10k + 100k)] /([(56,2k + 10k) x 100k) / [(56,2k + 10k + 100k)] + 100k)

Entonces, en ambos casos, V(pin 6) = V(pin 3) x 56,2k / (56,2k + 10k)

una serie de sugerencias -

1) Deshágase de C14. Es probable que cause problemas de estabilidad para U26. Si debe hacer algún filtrado, póngalo en paralelo con R29.

2) Deshágase de C21. Su filtrado de paso bajo interferirá con la acción instantánea que desea de la retroalimentación positiva del R21.

3) ETA: su lógica solo funciona si sus LED están conectados al ánodo a +5. Si intenta conducir a tierra, la lógica se invierte y tendrá 2 encendidos en cualquier momento.

4) Divida R13, R14 y R16 por 100. Luego inserte una resistencia de 2k entre la unión de R13/R14 y el pin 3. Aún mejor, no corte los valores de la resistencia y no se deshaga de C21, pero guarde el Voltaje R13/R14 con otro seguidor de voltaje de amplificador operacional tal como lo está haciendo con U26, y aliméntelo al pin 3 con una resistencia de 2k.

Los LED están encendidos cuando la salida es baja, no alta. Cuando la entrada es alta, el VERDE es bajo, cuando la entrada es baja, el ROJO está encendido. Cuando la entrada está en el medio, AZUL está encendido.
"Los LED están encendidos cuando la salida es baja, no alta". En realidad, eso no está claro: no muestra las conexiones de los LED, y el CMOS (incluidos estos comparadores) hará que los LED funcionen bien, gracias. Pero el punto está bien entendido, y arruiné la lógica. he editado
El hombre de las cavernas tenía razón en sus suposiciones. No pasé mucho detalle allí ya que no es importante. Cuando multiplico R22, R23 y R21 por 10, el circuito funciona como se desea. Sin embargo, todavía no entiendo cómo calcular el voltaje en esos nodos. Puedo ver que tus ecuaciones son correctas pero no puedo ver cómo las derivaste.
Para V3 - sin retroalimentación. R14 y R16 se pueden agrupar en una sola resistencia. Entonces V3 es solo un divisor de voltaje de 5V a tierra. Del mismo modo para V6: agrupe R13 y R14 en una sola resistencia, luego considere esto y R16 como un simple divisor de voltaje. Para V3 con retroalimentación, el divisor de voltaje permanece en su lugar con un 100k en paralelo con una pierna u otra a +5. Y V6 es solo un divisor de voltaje de R14 y R16 de V3.
@WhatRoughBeast Oh, ¿cómo llegas a la conclusión de que la resistencia de retroalimentación está en paralelo con 5 V y la otra pata, realmente tengo problemas para visualizar esa parte? Además, ¿ve algún inconveniente en mi solución propuesta?
Uhmm. Mire la hoja de datos del comparador. Apagará 5 voltios o cero. Luego mire el esquema e "imagine" que la salida del comparador está en uno de estos voltajes. ¿Ver cualquier cosa?
@WhatRoughBeast Lo entiendo, pero ¿cómo sé si el comparador estará a 5V o 0V? Puede ser tanto dependiendo de la entrada, entonces, ¿cómo elijo?
Asume uno u otro. A partir de esto, calcule los voltajes en los pines de entrada. Si el + es mayor que el -, la salida aumentará (si aún no está allí) y permanecerá allí debido a la histéresis. Si - es mayor que +, la salida será baja (si aún no está allí).
¿Cómo derivar el voltaje de nodo para este comparador con histéresis?
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