http://elektroniktutor.oszkim.de/analogverstaerker/kompar.html
Operationsverstärker Differenzverstärkerschaltung
Hysterese
Beispielschaltung: Thermostatschaltung mit OP LM741
Zusammenfassung des obigen Artikels:
Ein Operationsverstärker als Komperator, Differenverstärker vergleicht zwei Eingangsgrößen miteinander.
Er vergleicht eine Referenzspannung mit einer variablen Eingangsspannung.
Im Sonderfall wenn die Differenz beider Spannungen gleich Null ist. Ist dies ein undefinierter Zustand und es gibt noch eine minimale überlagernde Rauschspannung die beide dazu führen das die Schaltung in einen hochfrequenten Schwingungszustand fällt. Um dies zu verhindern gibt es die Rückkopplung vom Ausgang über R2 immer zum Eingang OP+
Bei der invertierenden Schaltung liegt die Referenzspannung über R1 am Eingang OP+
Bei der nicht invertierenden Schaltung liegt die Referenzspannung am Eingang OP-
Bei der invertierenden Schaltung liegt die Eingangsspannung am Eingang OP-
Bei der nicht invertierenden Schaltung liegt die Eingangsspannung über R1 am Eingang OP+
Also ist entweder die Eingangspannung oder die Referenzspannung über R1 an OP+. Und dieser R1 bildet mit R2 ein Widerstandsverhältnis welches ca. 1 zu 9 oder 0,1 sein kann. Das bedeutet grob 0,1 der Ausgangsspannung wird der Spannung am Eingang OP+ addiert oder subtrahiert und ergibt damit die Hysterese, welche das Umschalten von der ursprünglichen Differenz 0 Volt jeweils um diesen Wert nach oben und unten verschiebt. Damit wird durch die Rückkopplung zum einen der undefinierte Zustand übersprungen undzum anderen das dauernde hin und her schalten den Erfordernissen angepasst. BEISPIEL bei einer Temperatur oder Helligkeitsüberwachung mit einer variablen Eingangsspannung vom Sensor kommend würde beispielsweise die Heizung , die Kühlung oder die Beleuchtung zeitweise dauernd hin und her wechselnd Ein und Aus schalten. Mit dem Widerstandsverhältnis wird die Hysterese und damit die Toleranzbreite oder die Umschalt und Rückschaltewerte verzögert. Das ist vergleichbar mit einer anderen Lösung mit einer nachgeschalteten Zeitschaltung welche den Schaltzustand für eine vorgegebene Zeitdauer aufrecht erhält unabhängig von geringen Sensor Eingangsschwankungen.
Wenn R2 mehr als das 9 fache beträgt wird der rückgekoppelte Spannungsanteil kleiner und damit die Hysteres Abweichung geringer. Laut obigem Artikel unter 1 MOhm bleiben. Wenn R2 weniger als das9 fache beträgt wird die Hysterese breiter und man wundert sich das der Differenzverstärker so früh schaltet oder nicht mehr zurückschaltet. Besonders dann wenn die Eingangsspannung nur geringe Spannungdifferenz zwischen dem oberen und unteren Wert hat. Z.B wenn der Sensor nur eine geringe Abweichung erzeugt.
Hier die beiden Schaltungen aus obigem Beitrag:
Die oben als Beispiel genannte Schaltung entspricht mit Sensor-Eingangsspannung am OP+ einer nicht invertierenden Schaltung.
**************
Der KTY10 von Siemens hat einen Widerstandswert von 1950-1990 Ohm Datasheet-KTY10 und positiver Temperaturkoeffizient = PTC leitet bei tiefen Temperaturen besser also hat bei steigender Temperatur einen höheren Widerstand ? positiver Koeffizient. Siemens empfiehlt >10nF bei langer Zuleitung um Spannungsspitzen kurzzuschließen. hier 100nF KTY10 soll mit max 7 mA nicht übersteigen.
Bei 12 Volt wird im Spannungsteiler mit diesem Sensor Mittelwert 1970 kOhm und 5,6k Ohm in Summe 7570 Ohm mit einem Strom von ca. 1,5 mA
eine Eingangsspannung von 3.252 V an den Eingang OP- geschaltet.
Wenn die Temperatur sinkt , sinkt der Widerstand z.B. auf 1950 Ohm und die Spannung fällt auf 3,228 V
Wenn die Temperatur steigt, erhöht sich der Widerstand z.B. auf 1990 Ohm und die Spannung steigt auf 3,276 V Also eine gesamt Differenz von 0,024 V
Verglichen mit der theoretischen Schaltung entspricht U Ein hier VSS 12V und R1 dem R2 5,6KOhm der Schaltung ! und R2 bei 9 fach 50kOhm Rückkopplung entspricht P2+R1 mit 47kOhm bis 297kOhm = 8,4 bis 53 fach. ich vermisse hier einen Widerstand im Sinne von R1 aus der theoretischen Schaltung für die Rückkopplung .
Wenn der OP Amp Durchschaltet koppelt der Widerstand zwischen 0,12 = 1,44 V bis zu 0,012 = 0,144 V im Verhältnis zu Sensor Bereich von 0,024V !
*****************
Mögliche Variante wie folgt: R2 ersetzen durch 560Ohm ergibt Mittelwert 9,34V von 9,323 bis 9,365 Also ebenfalls eine gesamt Differenz von 0,022 V bei 7,8ma abzüglich Strom Abzweig durch OP AMP. Dann 5,6KOhm an OP+ und Rückkopplung zwischen 47kOhm und 297kOhm
*****************
Oder ein alter Kesseltemperaturfühler = NTC Raumtemperatur 1,5 kOhm ,
Bei 12 Volt wird im Spannungsteiler mit diesem Sensor Mittelwert 1500 Ohm und 5,6k Ohm in Summe 7100 Ohm mit einem Strom von ca. 1,69 mA
eine Eingangsspannung von 2,535V an den OP- geschaltet
Wenn die Temperatur sinkt , steigt der Widerstand z.B. auf 1600 Ohm und die Spannung steigt auf 2,667 V
Schaltvorgang.
******************
Hier die beiden Schaltvorgänge links/oben invertierte Schaltung und rechts/unten die nicht invertierte Schaltung:
Die invertierende Schaltung schaltet bei Überschreitung der Referenzspannung inkl Hysteresehälfte von positiv U Ref an OP + auf negativ.
Die nicht invertierende Schaltung schaltet bei Überschreitung der Referenzspannung U Ref an OP - inkl Hysteresehälfte von negativ auf positiv
Bei obigem Beispiel wäre die Dreieckspannung statt ca. 10V Differenz nur 0,02V daher muss die Hysterese entsprechend gering sein.
Bei der Beispielschaltung schaltet also der OPAMP am Ausgang auf positiv und damit den Transistor wenn die Eingangsspannung gegenüber der Referenzspannung steigt. Also die Temperatur angestiegen ist. Und schaltet somit z.B. Kühlung oder Ventil oder Pumpe. Bei Frostüberwachung muss entweder ein NTC eingesetzt werden oder die Schaltung invertiert aufgebaut werden damit Sie dann schaltet wenn der Wiederstand fällt Siehe linkes /oberes Diagramm bei Zeit =0,3
