El circuito del amplificador operacional no se comporta como se desea

Encontré un circuito en la red que debería hacer exactamente lo que quiero (controlar un ventilador de enfriamiento) pero está 'encendido' todo el tiempo. No estoy seguro si hay un error con el esquema o si hay algo más que me he perdido.

Si el termistor está "frío", el ventilador debe estar apagado. A medida que se calienta, el ventilador debe encenderse. En este momento el ventilador está siempre encendido. Revisé dos veces mi cableado, etc. y estoy seguro de que lo tengo como se muestra en la imagen. He sustituido R4 por un recortador de 10K para permitir el ajuste del disparador de temperatura.

Aquí está el diagrama del circuito:Diagrama de circuito

Aquí está el artículo en el que estoy trabajando .

ACTUALIZACIÓN: Hizo una simulación (usando Qucs) para ver cómo debería comportarse el circuito . Usé los valores reales de la resistencia que medí con el multímetro (vea las discusiones a continuación). Aquí hay una captura de pantalla:

ingrese la descripción de la imagen aquí(nota: no pude encontrar un ventilador en el contenedor de piezas, así que inserté un diodo para lograr el efecto)

¿Podría haber un problema terminal con el amplificador operacional que está alterando los niveles de voltaje? Es completamente nuevo, pero no quiere decir que no haya sido descargado de electricidad estática.

OTRA ACTUALIZACIÓN: Decidí usar Qucs para ver qué podría hacer el circuito si el termistor se 'calentara'. Al elegir un valor para R1 al azar, se le ocurrió esto: ingrese la descripción de la imagen aquíesta simulación muestra que el sesgo del amplificador operacional cambia para producir una salida 'baja'; sin embargo, la base de Q1 sigue siendo alta y provoca una caída de aproximadamente 2,4 V en el ventilador. Para aquellos que siguen la conversación con @vicatcu a continuación, esto sugiere que puede haber un piso de diseño en el circuito. ¿Alguien sabe qué más podría estar manteniendo Q1 en la posición 'ON'?

Hoja de datos del amplificador operacional 741

ACTUALIZACIÓN # 3: Usando algunos de los consejos dados, logré hacer una simulación funcional del circuito.ingrese la descripción de la imagen aquí

El circuito superior está con el termistor 'frío' y aparte de la corriente de fuga, ¡el ventilador está prácticamente 'APAGADO'! El circuito inferior muestra el termistor 'caliente' con un cómodo 11.4V impulsándolo. ¡El truco ahora es cómo lograr esto usando una sola fuente de energía! Tenía la intención de usar una sola fuente de alimentación de 12 V para impulsar el circuito. Estos circuitos tienen suministros duales. Intenté simular con un divisor de voltaje para dividir el voltaje de una sola fuente, sin embargo, cuando el termistor cae cuando está "caliente", arrastra el voltaje a través del circuito a aproximadamente 2V y el ventilador obtiene aproximadamente 0.8V. No exactamente 'ENCENDIDO'. Tengo algunos paquetes de energía de 9V de repuesto, por lo que puedo usar un paquete de 12V y uno de 9V para alimentar el circuito en la configuración anterior, pero si puedo salirme con la mía con una sola fuente, eso sería ideal.

ACTUALIZACIÓN #4: Aquí hay un gráfico aproximado de la resistencia de los termistores a medida que cambia la temperatura (en grados centígrados)Gráfico de temperatura vs termistor

y, por supuesto, ¿ajustó el potenciómetro y verificó todos los valores de las resistencias con un ohmímetro?
¿Cuál es el voltaje en los pines 2, 3 y 6 del amplificador operacional?
esto es básicamente un circuito comparador, ¿verdad?
Usar un diodo en lugar de un ventilador es algo incorrecto. Utilice una resistencia en su lugar. Es por eso que el voltaje en el ventilador no varía mucho entre las dos ejecuciones de simulación.
@DavidKessner, cambió el diodo a una resistencia de 100 ohmios y lo único que cambió fue que ahora hay 11,4 V en el emisor del transistor en lugar de 2,4 V. He jugado con los valores de R1 y R4 en la simulación y difiere poco de los ejemplos anteriores. Tomé algunas lecturas más en el prototipo y parece coincidir con la simulación, por lo que pensé que había una falla de diseño en lugar de una falla de un componente. El amplificador operacional va alto-bajo ok (ish), así que pienso que la configuración de mi transistor debe cambiar, pero aún no estoy seguro de cómo.
@AndrewHeath Creo que el clabaccio tiene el resto de la respuesta. Para probar su sugerencia, apague solo el amplificador operacional de +15v mientras mantiene todo lo demás en +12v.
@DavidKessner Probé tu sugerencia en mis simulaciones sin cambios. Probé con transistores NPN en lugar de PNP y cambiando el valor de la resistencia en la salida. Las simulaciones muestran aproximadamente 2 V en la salida del amplificador operacional cuando está en 'APAGADO'. Creo que esto es lo que mantiene el transistor 'ENCENDIDO' todo el tiempo. Hasta ahora, mis intentos de anular el voltaje de salida a menos de 0.6V 'encendido' para el transistor afectan el circuito en la condición 'ENCENDIDO', generalmente al permitir que el transistor esté en 'ENCENDIDO' a la mitad y reducir a la mitad los transistores a través de- poner.
@clabacchio: gracias por agregar un enlace a la hoja de datos del 741. A menudo agrego enlaces a hojas de datos de partes exóticas , pero no estoy seguro de que sea realmente necesario para una parte básica como el 741. Tampoco agrega hojas de datos para resistencias, ¿verdad?
@stevenvh No agregué la hoja de datos, simplemente copié el enlace de un comentario de Andrew, para completar el OP y hacer que lo mirara :) Y estoy particularmente apegado a 741, ha sido mi compañero durante la mitad de un curso de electronica analogica :)
@clabacchio ¿A qué? Recuerde que estoy plagiando el circuito de otra persona, no soy ingeniero electrónico, soy un entusiasta que hizo fundamentos electrónicos en TAFE y sé qué es un amplificador operacional, pero no cómo crear un circuito desde cero.

Respuestas (3)

Agregaría un par de sugerencias para el diseño:

  1. Está utilizando 741 OP-AMP, que no es de riel a riel, y lo está usando para controlar la base de un transistor: lo que sucede es que cuando la salida del 741 es alta, estará en aproximadamente Vcc - 1V, eso es suficiente para mantener el transistor encendido. Sugeriría usar un OPAMP de riel a riel o agregar una pequeña resistencia al emisor del transistor para limitar la corriente cuando la entrada es alta (podría ser aún mejor porque mantiene el ventilador a una velocidad más lenta pero aún enfriando).

  2. Al diseñar con sensores, como fotorresistores o termistores, es mejor saber primero el valor a temperatura ambiente de estos sensores y luego elegir un potenciómetro un poco más grande para simular el comportamiento de este sensor y verificar que el circuito esté funcionando.

ACTUALIZACIÓN : de la hoja de datos , la oscilación de voltaje típica es de 13-14 V (puede medir el valor máximo exacto simplemente midiendo el voltaje de saturación positivo), y por diseño, la pérdida en el rango tiende a ser más en el riel superior, porque el etapa de salida tiene un V C mi s a t + V B mi O norte ≃ 0.2 + 0.6 ≃ 0.8 V .

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

ACTUALIZACIÓN 2 : Ahora veo que está alimentando su circuito a + 12 V / 0 V, ese NO es el voltaje de suministro exacto especificado para el 741 OPAMP: requiere un riel dual, ± 15 V arreglar esto como lo primero.

Puede ver que su OPAMP emite 10 V en lugar de 12 y 1,2 V en lugar de 0; la primera, con la caída sobre la resistencia, hace que el transistor esté siempre encendido, como se puede ver que el voltaje base es de 11V, suficiente para mantenerlo encendido.

Y... ¿por qué usaste un diodo para simular un ventilador? Parece una carga bastante diferente.

ACTUALIZAR A LA ACTUALIZACIÓN:

Me alegro de que funcione, al menos la simulación: sin embargo, todavía está utilizando un solo suministro de riel (+12:0, +15:0). El 741 quiere +15:-15, por lo que lo mejor que puede hacer es CAMBIAR EL OPAMP . No es costoso en absoluto y puede usar un riel a riel (nuevamente), que es mejor para aplicaciones de suministro único, hasta 3.3V si lo necesita; o, para tu caso, +12 o +5.

Esta es una opción, aquí hay mucho, solo tiene que elegir, en función principalmente de la disponibilidad para su propósito. Para el simulador, también puedes encontrar muchas opciones.

¿Podría cambiar la resistencia limitadora de corriente R5 ayudar al transistor a desactivarse?
No lo creo, porque cuando la salida del OP-AMP es alta, si el transistor no está completamente apagado, absorberá un poco de corriente tirando de la base del transistor, pero es un efecto débil y probablemente no lo suficiente para apagándolo
¿puede proporcionar un ejemplo de lo que está describiendo (es decir, cómo cambiaría el circuito usando un amplificador operacional de riel a riel?
Creo que sé lo que quieres decir, pero necesito más información, como una sugerencia sobre qué amplificador operacional debo usar. Obtuve el 741 del circuito original, no estoy al tanto de todos los diferentes amplificadores operacionales disponibles. ¡Supongo que debería poder 'conectar y usar' una alternativa apropiada en el diseño del circuito actual y que todos los sistemas funcionen! Piense también si cree que el transistor también debería cambiar.
@AndrewHeath puede encontrar muchos OPAMPS, para cualquier propósito (verifique la respuesta): lo que necesita es riel a riel, rango de voltaje de 12 V (encontrará muchos rangos diferentes, solo verifique que caiga) y no se preocupe por la velocidad y actual, porque su aplicación no tiene requisitos particulares.
He realizado un pedido de algunos nuevos chips de amplificador operacional (amplificador comparador de riel a riel LM339). Veré cómo van y publicaré mis resultados.
@AndrewHeath si lo encuentra o algo similar en su simulador, también puede ver el efecto ahora mismo.
Desafortunadamente, creo que ninguno de los amplificadores operacionales en el contenedor de piezas son amplificadores de riel a riel, y no estoy seguro de cómo agregar más componentes a la biblioteca de piezas de Qucs. Con suerte, las piezas de repuesto que pedí llegarán pronto y espero lo mejor.

Lo que tienes aquí es básicamente un comparador que maneja la base de un PNP BJT.

Una explicación simplista es que el ventilador debe encenderse cuando el BJT ve un "bajo" en el comparador y apagarse cuando el BJT ve un "alto" en el comparador.

El comparador emite un "bajo" cuando el voltaje del terminal negativo (pin 2) está por encima del voltaje del terminal positivo (pin 3), y un "alto" cuando el voltaje del terminal positivo está por encima del voltaje del terminal negativo.

R3 y R4 forman un divisor de voltaje que establece el voltaje en el terminal negativo a un valor fijo. Con R3 y R4 ambos valorados en 10kOhm, el voltaje en la terminal negativa será Vcc/2.

Asimismo, R2 y R1 (el termistor) forman un divisor de voltaje que establece el voltaje en el terminal positivo y, en consecuencia, ese voltaje varía con la temperatura.

Actualización En resumen:

  • El voltaje en el terminal negativo es:Vcc * R4 / ( R3 + R4 )
  • El voltaje en el terminal positivo es:Vcc * R1 / ( R1 + R2 )
  • El ventilador se enciende cuando:R1 < R4 * R2 / R3
¿Qué comentarios positivos? Tener retroalimentación positiva para crear histéresis probablemente sea una buena idea en esta aplicación, pero no lo veo en el circuito propuesto.
@Photon, no estaba diciendo que la retroalimentación positiva sea algo malo, solo una de las características de una configuración de comparación
@Photon, pensándolo bien, tiene razón, no hay comentarios positivos en este circuito en particular.
¿Creen que reducir el valor de R2 (digamos a 8.2K) ayudaría a sesgar la entrada + de tal manera que cuando el termistor esté 'frío' y alrededor de la marca de 10K garantizará que el ventilador esté APAGADO?
@AndrewHeath depende totalmente de la resistencia medida de su termistor...
R1 (termistor) = 9,4 K a unos 25 °C, R2 = 9,8 K, R3 = 10,3 K, R4 (máx.) = 9 K, R5 = 1,0 K. Tomé algunas lecturas y con Vcc = 12 V y R4 ajustado al máximo (aprox. 9 K), pines 2 y 3 = 3,56 V, pin 6 = 2,5 V, base Q1 = 10,7 V. A primera vista, parece que el divisor de voltaje no se está dividiendo correctamente.
Si R4 = 9K, R3 = 10K y Vcc = 12V: debería estar viendo un constante 12*9/19 = 5,68V en el pin 2... Del mismo modo, debería estar viendo 12*9,4/19,2 = 5,875V @ 25degC en el pin 3. Confío en que haya medido sus resistencias con el circuito desenergizado, ¿verdad? El hecho de que esté leyendo algo más que un voltaje de riel (casi) en la salida puede ser una indicación de que su amplificador operacional está cambiando a una velocidad alta porque sus entradas son casi iguales. Eche un vistazo más de cerca al cableado de sus circuitos de entrada. Además, ¿el amplificador operacional que está utilizando está clasificado para una potencia de 12 V de un solo lado? ¿Cómo es Q1 base> pin 6 voltaje?
@AndrewHeath lo siento, olvidé etiquetarte en mi último comentario
Hoja de datos del amplificador operacional: futurlec.com/Datasheet/Linear/LM741CN.pdf

Usando los consejos y la información que la gente me ha dado, modifiqué el circuito y usé un amplificador operacional LM339 que es un amplificador operacional de riel a riel. Como tiene 4 amperios en un solo paquete, he agregado ventiladores adicionales, etc. para complementar la refrigeración. Estos son los circuitos:

Ventilador apagadoVentilador apagado

Ventilador encendidoVentilador encendido

Ventilador encendido: uso de los 4 amplificadores operacionalesVentilador encendido: uso de los 4 amplificadores operacionales

El LM339 es un comparador de colector abierto , no un amplificador operacional.
El circuito del amplificador operacional no se comporta como se desea
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