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Dimens filtro LC pilotaggio celle peltier

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[81] Re: Dimens filtro LC pilotaggio celle peltier

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 9 ott 2020, 8:08

Credo nel circuito ci sia un problema con la dinamica. Alimenti a 5V, e il segnale di ingresso che arriva dal processore puo` arrivare fino a 5V.

L'LM358 ha un range di modo comune all'ingresso che va dall'alimentazione negativa fino a quella positiva meno 1.5V o 2V, a seconda del modello. Non puoi mettere in ingresso una tensione di 4V, l'operazionale non funziona. Inoltre anche l'uscita arriva a circa 3V, dipende dal carico, la si puo` far andare un po' piu` positiva con un barbatrucco (pull up esterno), ma poi non scende piu` fino a zero.

Una possibilita` e` riprogettare i valori in modo da rimanere con tutti i segnali entro la dinamica 0V-3.5V circa, oppure si usano degli operazionali rail to rail, che vuol dire che se sono alimentati a 5V l'ingresso e l'uscita possono andare da 0V a 5V. Chiedi al tuo negozio se hanno dei rail to rail (di solito sono anche a bassa tensione, max 6V), ad esempio MCP6002, MCP6275, LMC6842... e tanti altri di solito difficili da trovare, e quindi mi sa che dovrai rimanere nella dinamica 0V-3V.

Guarda questo articolo Modo comune e singola alimentazione.
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[82] Re: Dimens filtro LC pilotaggio celle peltier

Messaggioda Foto UtenteMarcoD » 9 ott 2020, 8:25

Per il suggerimento di sistemare il circuito cambiando i valori, non so come muovermi

Se proprio vuoi aumentare l'ampiezza dell'onda triangolare potresti aumentare R2 da 47k a 56k o forse 68k, fino a quando smette di commutare; servirebbe aumentare di un poco la tensione di alimentazione da 5V a per esempio 8 V, ma dovresti attaccarti al +12V con un regolatore di tensione 7808, e forse non ne vale la pena.

Riguardo al non raggiungimento dei 5 V, non preoccuparti, tanto sono generati dall'uscita arduino
con un numero che va da 0 a 255 ( 0V - 5Vnominali)
Per il PWM non hai bisogno di 255 valori differenti, magari ne bastano solo 100 (secondo me ne basterebbero 10).
Sai che fra 10 e 150 hai la parzializzazione PWM, meno di 10 sei in OFF, più di 150 sei sempre in ON, e ti scrivi il programma (sketch arduino) in modo che accolga i limti.

Tutti nostri suggerimenti di migliorie sono corretti, ma non badarci troppo, fai una cosa alla volta,
utilizza il comparatore con il LM358 individua i limiti e dopo se serve provvediamo alle migliorie.
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[83] Re: Dimens filtro LC pilotaggio celle peltier

Messaggioda Foto UtenteAleEl » 9 ott 2020, 12:00

Op amp rail to rail non disponibili ma ordinabili, se possono tornare utili li prendo
Fatemi sapere voi che pensate


Al resto vi rispondo appena torno a casa
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[84] Re: Dimens filtro LC pilotaggio celle peltier

Messaggioda Foto UtenteAleEl » 9 ott 2020, 23:17

Sto provando ora, stesso circuito con la parte del transistor sostituita dallo schema B di MarcoD
Questo é ció che trovo sull'uscita: con i trimmer non c'é verso di sistemarla

Screenshot (684).png


200uS/div
5V/div

IMG_20201009_231818-min-min (1)-compressed.jpg


Dimenticavo: a seguito del discorso di Isidoro, ho alimentato gli op amp con 12 volt

Screenshot (685).png

Questo l'ho ottenuto andando ad agire sul trimmer grigio in foto
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[85] Re: Dimens filtro LC pilotaggio celle peltier

Messaggioda Foto UtenteMarcoD » 10 ott 2020, 8:36

Sono socraggiato.
I valori li avevo indicati riferendomi a una alimentazione di 5 V non 12 V.

Vedo due potenziometri grigi, a cosa corrispondono sullo schema?

Quale è l'ultimo schema completo con valori e piedinatura valido?

Hai un oscillo a due tracce, dove sono connesse le sonde?
Dovrebero essere una all'uscita generatore onda triangolare, l'altra uscito circuito adattatore livello.

Temo che per una miglioria al circuito abbiamo ottenuto una peggioria:
rimetti il transistor con condensatore e due resistenze, se la temperatura rimane costante, dopo tutto funziona.
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[86] Re: Dimens filtro LC pilotaggio celle peltier

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 10 ott 2020, 19:18

Ha ragione Foto UtenteMarcoD quando dice che non ti serve tutta la dinamica 0V-5V per quella applicazione, anche con meno livelli va bene lo stesso! (anche quando dice che e` scoraggiato ha ragione :-) ).

Questo e` un tentativo di avere l'onda triangolare che si estende fra 0.5V e 3.5V in modo da avere 3V di dinamica.



L'alimentazione dell'operazionale e` a 5V, la tensione che arriva dal potenziometro dovrebbe essere di 2V.

Il circuito e` critico perche' per massimizzare la dinamica si va a lavorare vicino ai limiti della dinamica dell'operazionale, limiti che sono tutto meno che certi (i data sheet non danno molti dati in proposito).

Se non oscilla misura con il tester le tensioni di uscita degli operazionali, una deve essere quasi a 0V e l'altra a quasi 4V.

Sempre se non oscilla, prova a mettere una resistenza da uno o due kiloohm sull'uscita del comparatore, collegata verso il positivo, questo dovrebbe alzare il valore di tensione "alto" del comparatore, che ho assunto essere 3.8V, ma chissa` che cosa fa l'operazionale reale.

Da notare che questi circuiti non sono in pratica simulabili, primo perche' con tutti i circuiti a scatto spice patisce sempre un po', poi perche' lo stadio di uscita dell'operazionale non e` modellato bene, il comportamento reale e` diverso e purtroppo questo circuito si basa sul comportamento reale dell'uscita!

Una versione un po' meno tirata, che dovrebbe dare una tensione di uscita fra 1V e 3V e` questa

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[87] Re: Dimens filtro LC pilotaggio celle peltier

Messaggioda Foto UtenteAleEl » 10 ott 2020, 20:41

Domani mi metto al lavoro e vi aggiorno

Chiedo scusa a MarcoD, ma non credevo portasse ad un problema l'alimentazione a 12 volt: io l'ho fatta con buone intenzioni, dopo ció che era stato detto
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[88] Re: Dimens filtro LC pilotaggio celle peltier

Messaggioda Foto UtenteSandroCalligaro » 10 ott 2020, 22:16

Se siamo certi che X.Y V siano entro il range raggiungibile dall'operazionale con alimentazionea 5 V, perché non si applica un clamp a X.Y V (con zener o altro), in modo che la tensione in ingresso all'integratore sia certa?
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[89] Re: Dimens filtro LC pilotaggio celle peltier

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 11 ott 2020, 5:02

Una tensione precisa all'ingresso dell'integratore non e` cosi` importante: se cambia la tensione cambia un pochino la pendenza della rampa e la frequenza. L'importanza della tensione di uscita del comparatore e` per avere tensioni di soglia precise.

Fare una limitazione precisa di tensione all'uscita di un operazionale non e` una cosa semplice, se poi l'operazionale e` alimentato a singola alimentazione puo` diventare ancora piu` complicato.

Provo a descrivere i metodi che mi vengono in mente con i loro pro e contro. Per tutti faro` l'esempio di limitazione della tensione verso tensioni positive, ma c'e` anche il circuito duale per la limitazione verso tensioni negative. I circuiti presentati sono per lo piu` adatti a circuiti lineari (non questo caso), alcuni vanno bene anche per uscite di comparatori

Tutto questo e` un po' OT rispetto al thread, ma dato che Foto UtenteAleEl e` uno studente, se impara anche qualcosa direi che sia tutto di guadagnato.

1) Limitazione con zener in parallelo. Questo si puo` usare sia per gli amplificatori che per i comparatori.



Questo circuito e` proprio un NO NO NO per due ragioni. La prima e` che gli zener, specie a bassa tensione, hanno una curva dolce di ingresso in conduzione, non si ottiene una limitazione netta della tensione. La precizione degli zener, specie a bassa tensione, lascia a desiderare. Il diodo in serie serve se l'uscita puo` anche andare a tensioni negative, se si e` a singola alimentazione lo si puo` eliminare, se e` presente bisogna tenere conto della sua caduta diretta nel valore della soglia Vs=Vz+VD. Uno zener a bassa tensione (pochi volt) ha coefficiente di temperatura negativa, uno diodo pure e quindi la tensione di soglia deriva con la temperatura.

La seconda ragione per cui quello schema e` da non usare riguarda l'impedenza di uscita del circuito: quando lo zener non conduce l'impedenza di uscita e` data dalla resistenza e dall'operazionale, quando invece lo zener conduce l'impedenza di uscita si abbassa perche' entra anche l'impedenza differenziale dello zener in conduzione.

(Nota parzialmente contro la seconda ragione: in analogico, la retroazione negativa prelevata dopo la resistenza R abbassa comunque il valore dell'impedenza di uscita. In un comparatore invece lo zener conduce sempre a livello alto, mentre non conduce a livello basso e R entra in gioco nel circuito).

2) Zener in retroazione.

Questo circuito va bene solo per circuiti analogici invertenti (tanto i circuiti seri analogici sono quasi tutti invertenti!)



Qui non c'e` piu` il problema dell'impedenza di uscita ad anello aperto che cambia a seconda che lo zener conduca o no. Rimangono invece i problemi della curva di ingresso in conduzione dello zener, che non presenta un punto angoloso nella sua caratteristica tensione corrente, della tolleranza della tensione e del coefficiente di temperatura.
Con circuiti del genere ho avuto problemi e disgusti (quando ero piccolo), per cui ancora adesso gli zener in circuiti "di precisione" non li metto!

3) Zener in retroazione (di nuovo!)

Anche questo circuito, come il precedente, e` solo per amplificatori non invertenti.



Questo va decisamente meglio del precedente. La resistenza R3 drena via la corrente di fuga dello zener, e quando questo comincia a condurre "poco", tratto iniziale della sua curva, tiene la tensione del nodo A negativa. Perche` il circuito inizi a limitare la tensione del nodo A deve diventare circa mezzo volt positiva (VD), ma quando questo capita, attraverso la resistenza R3 va via corrente (di solito dalle parti di qualhe milliampere) che tiene lo zener in conduzione buona, per cui la tensione di soglia e` piu` definita, sempre con la sua tolleranza e coefficiente di temperatura. Se il circuito e` ad alimentazione singola e non c'e` una tensione negativa disponibile in giro... Peccato! non si puo` usare.

4) Diodo in retroazione

Questo circuito, come i precedenti solo in amplificatori invertenti, e non e` un limitatore, ma produce "solo" una variazione di guadagno.



Viene spesso usato con dei circuiti integrativi che formano il controllo PID di un sistema retroazionato: in pratica elimina la saturazione profonda dell'integratore, in modo che possa uscire velocemente dallo stato saturo e ricominci a regolare. Altra applicazione e` la limitazione del guadagno dell'amplificatore degli oscillatori a ponte di Wien. La soglia della tensione di uscita che fa scendere il guadagno si ha quando il nodo A arriva a una tensione VD.

5) Zener ideale

E finalmente ci siamo: abbiamo lo zener ideale, preciso, con intervento netto, che non va a spasso con la temperatura. Lo schema e` questo:



Per avere un componente "ideale" bisogna ovviamente pagare qualcosa, in questo caso un operazionale. Il circuito si comporta come uno zener riferito a ground, con l'ulteriore vantaggio che a differenza di uno zener "vero" non conduce quando si inverte la polarita`. La tensione stabile e precisa deve arrivare da una tensione stabilizzata. Questo circuito e` proprio equivalente a uno zener, e quindi potrebbe essere usato anche nel primo circuito presentato, senza tutti gli inconvenienti detti prima e legati all'uso dello zener reale.

Forse non mi sono espresso chiaramente nella descrizione dei vari circuiti, provo a ripetere un punto importante. Gli zener, specie a bassa tensione, sono delle schifezze. Basta guardare la caratteristica tensione corrente di uno zener da 2.7V (BZT52C2V7 della DIODES Incorporated)

ZenerLV.jpg


Nella curva piu` a sinistra si vede che lo zener comincia a condurre con una tensione inversa di 1V, a 1.5V fa passare una corrente di circa 2mA!
Le caratteristiche nominali dello zener da 2.7V sono queste

ZenerLV2.jpg


La tensione nominale a 5mA, che nel circuito del comparatore da cui sono partito sono tanti, puo` andare da 2.5V a 2.9V, e la resistenza differenziale vale 100Ω a 5mA, ma 600Ω a 1mA.

Ho cercato un modello spice di uno zener da 2.7V per mostrare le differenze dei vari circuiti, ma guess what, non ho trovato un solo modello di uno zener a bassa tensione che fosse ragionevole. Ci sono modelli spice di zener da 2.7V, ma non con la caratteristica indicata dal data sheet.

Chissa` se ci fosse da queste parti un modellista (Foto UtentePietroBaima ti fischiano le orecchie?) che ha voglia di fare un modello dello zener in reverse, basta anche solo una resistenza non lineare fatta con un generatore di tensione (o di corrente) controllato, e` sufficiente che il modello sia di classe C abbastanza, altrimenti il solutore numerico si pianta.
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[90] Re: Dimens filtro LC pilotaggio celle peltier

Messaggioda Foto UtenteAleEl » 11 ott 2020, 12:27

Qui di seguito il circuito precedente, ovvero quello con transistor:


A seguito dell'intervento di Foto UtenteMarcoD, ho eliminato lo stadio transistor e l'ho sostituito con il circuito B proposto da lui:



Ho riportato le alimentazioni a 5 volt.
I risultati sono i seguenti:

Time/div 500uS
V/div 2v onda gialla (out gen) 1v onda azzurra (terminale negativo condensatore C1)

Screenshot (687).png




Per quanto riguarda gli interventi di IsidoroKZ, non posso che ringraziarti per le spiegazioni e farti sapere che é mia intenzione salvare i tuoi messaggi sottoforma di appunti scritti :D metti che in futuro mi serviranno...





MarcoD ha scritto:Tutti nostri suggerimenti di migliorie sono corretti, ma non badarci troppo, fai una cosa alla volta,
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Non mi sono dimenticato di questo intervento: questi giorni sono stati impegnativi e, avendo la tastiera principale fuori uso, sto vivendo con una tastiera a dir poco scadente, che mi fa impazzire nello scrivere..
Grazie Foto UtenteMarcoD per l'intervento, ho sorriso leggendolo. Mi son sentito bene, mi son sentito un amico.

Grazie ancora a tutti di nuovo per l'aiuto che mi state dando
Per i circuiti proposti da IsidoroKZ nel post 86 voglio dire che non li ho ignorati, ma solo messi in standby: provo a procedere con il circuito di base con cui ero partito, e se non funzionerá passeró a quelli di Isidoro
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