Dispositiu i tipus
Un termistor és un dispositiu semiconductor la resistència del qual depèn de la seva temperatura. Segons el tipus d'element, la resistència pot augmentar o baixar a mesura que s'escalfa. Hi ha dos tipus de termistors:
- NTC (Coeficient de temperatura negatiu) - amb un coeficient de resistència de temperatura negatiu (TCR). Sovint es denominen "termistors".
- PTC (Coeficient de temperatura positiu) - amb un TCS positiu. També s'anomenen "Pozistors".
Important! El coeficient de temperatura de la resistència elèctrica és la dependència de la resistència de la temperatura. Descriu quants ohms o percentatge del valor nominal canvia la resistència de l'element quan la seva temperatura augmenta 1 grau centígrad.
Per exemple, les resistències convencionals tenen un TCR positiu (quan s'escalfen, la resistència dels conductors augmenta).
Els termistors són de baixa temperatura (fins a 170K), de temperatura mitjana (170-510K) i d'alta temperatura (900-1300K). El cos de l'element pot ser de plàstic, vidre, metall o ceràmica.
La designació gràfica simbòlica dels termistors del diagrama s'assembla a resistències ordinàries, i l'única diferència és que estan ratllades amb una ratlla i al costat s'indica la lletra t.
Per cert, així és com es designen les resistències, la resistència de les quals canvia sota la influència de l'entorn, i el tipus de magnituds que influeixen s'indica amb la lletra, t és la temperatura.
Característiques principals:
- Resistència nominal a 25 graus centígrads.
- Màxima dissipació de corrent o potència.
- Interval de temperatura de funcionament.
- TKS.
Dada interessant: el termistor va ser inventat l'any 1930 pel científic Samuel Ruben.
Vegem més de prop com funciona i per a què serveix cadascun d'ells.
mesures
|
|
|||||
|
Per mesurar la temperatura, es poden utilitzar díodes i transistors semiconductors com a convertidors tèrmics. Això es deu al fet que a un valor constant de corrent que flueix en la direcció cap endavant, per exemple, a través de la unió d'un díode, la tensió a la unió canvia gairebé linealment amb la temperatura. Perquè el valor actual sigui constant, n'hi ha prou amb incloure una gran resistència activa en sèrie amb el díode. En aquest cas, el corrent que passa pel díode no hauria de provocar que s'escalfi. És possible construir una característica de calibratge d'aquest sensor de temperatura mitjançant dos punts: al principi i al final del rang de temperatura mesurat. La figura 1, a mostra el circuit de mesura de la temperatura mitjançant el díode VD. Una bateria pot servir com a font d'alimentació.
Arròs. 1. Esquema per mesurar la temperatura mitjançant un díode (a) i transistors (b, c). Les pastilles de pont us permeten augmentar la sensibilitat relativa del dispositiu compensant el valor inicial de la resistència del sensor. De la mateixa manera, la temperatura afecta la resistència de la transició emissor-base dels transistors. En aquest cas, el transistor pot actuar simultàniament com a sensor de temperatura i com a amplificador del seu propi senyal. Per tant, l'ús de transistors com a sensors tèrmics té un avantatge respecte als díodes. La figura 1b mostra un circuit de termòmetre en el qual s'utilitza un transistor (germani o silici) com a convertidor de temperatura. En la fabricació de termòmetres tant en díodes com en transistors, cal construir una característica de calibratge, mentre que un termòmetre de mercuri es pot utilitzar com a instrument de mesura exemplar. La inèrcia dels termòmetres en díodes i transistors és petita: en un díode - 30 s, en un transistor - 60 s. D'interès pràctic és un circuit pont amb un transistor en un dels braços (Fig. 1, c). En aquest circuit, la unió emissor està inclosa en un dels braços del pont R4, s'aplica una petita tensió de bloqueig al col·lector.
Etiquetes clau: díode, transistor, temperatura |
|||||
|
|||||
|
|||||
Díode com a sensor de temperatura - funció de semiconductor
Un díode és el dispositiu més senzill en la seva configuració que té les propietats d'un semiconductor.
Entre els dos extrems del díode (donador i acceptor) es troba la regió de càrrega espacial, en cas contrari: unió p-n. Aquest "pont" assegura la penetració d'electrons d'una part a una altra, per tant, a causa dels diferents noms de les seves càrregues constitutives, apareix un corrent força petit, però encara, dins del díode. El moviment dels electrons a través del díode només es produeix en una direcció. Per descomptat, hi ha un moviment invers, però és completament insignificant, i quan intenteu connectar una font d'alimentació en aquesta direcció, el díode es bloqueja per tensió inversa. Això augmenta la densitat de la substància i es produeix la difusió. Per cert, és per aquest motiu que el díode s'anomena vàlvula semiconductora (hi ha moviment en una direcció, però no en l'altra).
Si intenteu augmentar la temperatura del díode, augmentarà el nombre de portadors minoritaris (electrons que es mouen en la direcció oposada a la direcció principal) i la unió p-n començarà a col·lapsar-se.
El principi d'interacció entre la caiguda de tensió a través de la unió p-n del díode i la temperatura del propi díode es va revelar gairebé immediatament després de ser dissenyat.
Com a resultat, la unió p-n d'un díode de silici és el sensor de temperatura més senzill. El seu TKV (coeficient de temperatura de voltatge) és de 3 mil·livolts per grau centígrad, i el punt de caiguda de tensió directa és d'uns 0,7 V.
Per al funcionament normal, aquest nivell de tensió és innecessàriament baix, per tant, no s'utilitza sovint el díode en si, sinó les unions de transistors p-n completes amb un divisor de tensió bàsic.
Com a resultat, el disseny en les seves qualitats correspon a tota la seqüència de díodes. Com a resultat, l'indicador de caiguda de tensió pot ser molt més gran que 0,7 V.
Com que el TCR (coeficient de temperatura de resistència) del díode és negatiu (-2mV / °C), va resultar ser molt rellevant per al seu ús en varicaps, on juga el paper d'estabilitzador de la freqüència de ressonància del circuit oscil·latori. . Controlat per la temperatura.
Dades de caiguda de tensió del díode
Quan s'analitzen les lectures d'un multímetre digital, es pot observar que les dades sobre la caiguda de tensió a través de la unió pn per als díodes de silici són de 690-700 mV, i per al germani - 400-450 mV (tot i que aquest tipus de díode pràcticament no és utilitzat en aquest moment). Si durant la mesura la temperatura del díode augmenta, les dades del multímetre, per contra, disminuiran. Com més gran és la força d'escalfament, més gran és la caiguda de les dades digitals.
En general, aquesta propietat s'utilitza per estabilitzar el procés de treball en un sistema electrònic (per exemple, per a amplificadors d'àudiofreqüència).
Esquema d'un termòmetre sobre un díode.
Sensors de temperatura per microcontrolador
De moment, molts circuits estan construïts sobre microcontroladors, i aquí també es poden incloure diversos mesuradors de temperatura, en els quals es poden utilitzar sensors de semiconductors, sempre que la temperatura durant el seu funcionament no superi els 125 ° C.
Com que els mesuradors de temperatura estan calibrats a la fàbrica, no cal calibrar i ajustar els sensors.Els resultats obtinguts d'ells en forma de dades digitals s'alimenten al microcontrolador.
L'aplicació de la informació rebuda depèn del contingut del programari del controlador.
Entre altres coses, aquests sensors poden funcionar en un mode termostàtic, és a dir (amb un programa predeterminat) s'encenen o s'apaguen quan s'arriba a una determinada temperatura.
Tanmateix, si altres indicadors de temperatura esdevenen referència, el programa s'haurà de reescriure.
Altres aplicacions
Encara que avui l'elecció dels sensors de temperatura és molt àmplia, ningú s'oblida de la seva versió de díode, que s'utilitza sovint en planxes elèctriques, xemeneies elèctriques i electrònica en el seu sentit més ampli.
Malgrat les limitacions de les condicions de temperatura, els sensors de díode tenen els seus avantatges significatius:
- baratitat relativa;
- dimensions modestes;
- adaptar-se fàcilment a un gran nombre de dispositius electrònics;
- Excel·lent sensibilitat i precisió.
Gràcies a totes aquestes qualitats, el camp d'aplicació d'aquest tipus de sensors va creixent any rere any.
Escriu comentaris, addicions a l'article, potser m'he perdut alguna cosa. Fes una ullada al mapa del lloc, estaré encantat si trobes alguna cosa més útil al meu lloc.
Un termòmetre electrònic senzill en un transistor unijunció
categoria
Circuits de ràdio per a la llar
I. Nechaev. KurskRadio, 1992, núm. 8, pàgs. 17-18
En aquest article, parlarem de la possibilitat de dissenyar dispositius per mesurar la temperatura a distància: fora de la casa o, per exemple, a una "botiga de verdures" al balcó. Hi ha molts esquemes que us permeten realitzar aquesta funció, però hi ha certes característiques a l'hora de triar un sensor sensible a la temperatura.
Com a regla general, en la majoria dels casos, quan es dissenyen aquests dispositius, els termistors s'utilitzen amb més freqüència pels radioaficionats. Tenen un coeficient tèrmic de resistència bastant ampli (d'ara endavant anomenat TCR), fins a un 8% per grau. No obstant això, varia molt en la zona de temperatures mesurades. Si per als termòmetres domèstics podeu tancar els ulls davant d'aquest fet, aleshores, si estem parlant d'un ampli rang de temperatures (per exemple, com en el nostre cas, de -40 graus C a +40 graus C), sorgeixen certs problemes amb el graduació del dispositiu d'escala de mesura, simplement perdrà la seva linealitat.
També sabem que la unió pn més comuna de qualsevol dispositiu semiconductor pot servir com a sensor de temperatura, però, el TCH d'una unió simple és molt petit, no més del 0,3% per grau, i això requereix la introducció de circuits d'amplificació addicionals, cosa que complica molt el disseny.
Com ha demostrat l'experiència, els transistors unijunction del tipus KT117 són els més adequats per utilitzar-los com a sensor de temperatura (es van utilitzar en les fonts d'alimentació de televisors 2 \ 3 USCT i no serà difícil trobar-los) si els connecteu com es mostra. a la imatge
Com a resultat d'aquesta inclusió, obtenim un termistor amb una resistència de 5 ... 10 kOhm amb un CTS d'aproximadament 0,7 ... 0,9% per grau C. En aquest cas, l'escala del dispositiu serà lineal sobre el tot el rang de temperatures. Aquesta propietat d'un transistor unijunció va permetre utilitzar-lo com a sensor de temperatura en un dispositiu, el circuit del qual es mostra a la figura.
La base del termòmetre electrònic considerat és un pont de mesura sobre resistències R2-R5 en un braç del qual està connectat un transistor d'unió uni VT1. A la diagonal del pont s'instal·la un microamperímetre PA1 amb zero al mig. Un rectificador d'ona completa pot servir com a font d'alimentació; amb aquest propòsit, s'introdueix al circuit un estabilitzador paramètric en un transistor VT2 i un díode zener VD1. Si el dispositiu s'utilitzarà durant un temps curt (encès, mirat, apagat), també es pot utilitzar una bateria de 9 volts del tipus "Krona", en aquest cas els circuits d'estabilització es poden excloure del circuit.
L'essència del dispositiu és la següent: totes les resistències del circuit són fixes, només la resistència del sensor de temperatura, el paper del qual juga el transistor, és variable.Quan la temperatura ambient canvia, el corrent a través del sensor de temperatura canviarà. A més, el corrent canviarà tant cap amunt amb l'augment de la temperatura, com cap avall amb una disminució de la temperatura, resulta que només es manté seleccionant les resistències del pont de mesura i ajustant la resistència d'ajustament R1 per establir les lectures de l'instrument. fletxa a zero a 0 graus C.
Quan configureu el dispositiu, podeu utilitzar les recomanacions següents: la fusió del gel de la nevera es pot utilitzar com a referència per a la temperatura "zero". Tampoc és difícil aconseguir una temperatura de 40 ... 50 graus C. Simplement podeu escalfar el forn a la temperatura desitjada. Així, podeu establir la posició zero del dispositiu i el màxim positiu fent les marques adequades a l'escala. La marca "menys" es pot fer a la mateixa distància que la marca "plus", perquè l'escala de mesura serà lineal.
Totes les parts del termòmetre estan muntades en una placa de circuit imprès feta de textolita d'una sola cara, un esbós del qual es mostra a la figura.
A la figura següent es mostra un aspecte aproximat del dispositiu.
Per a aquest termòmetre, el més adequat és un microamperímetre del tipus M4206 per a un corrent de 50 μA amb un zero al mig de l'escala. Si de sobte aquest dispositiu no estava disponible, podeu utilitzar qualsevol altre microamperímetre per al corrent especificat (preferiblement amb una escala de mesura gran), però llavors caldrà introduir un botó addicional al circuit perquè sigui possible controlar el positiu i temperatures negatives per separat, tal com es mostra a la figura
Bé, al final: si cal, el dispositiu es pot equipar amb diversos sensors de temperatura engegant-los segons l'esquema següent
Així, podrem controlar la temperatura en diversos objectes, per exemple, a casa i al carrer.
Sensors tèrmics en transistors en circuits MK
La naturalesa física dels materials semiconductors és tal que els seus paràmetres depenen força de la temperatura. En els circuits amplificadors convencionals es combat aquest fenomen, mentre que en els mesuradors de temperatura, per contra, es fomenten.Per exemple, en transistors de silici amb corrent de col·lector constant, amb l'augment de la temperatura, la tensió base-emissor U^^^ disminueix amb un coeficient teòric de 2,1 mV/°C. El canvi real és proporcional a la relació 1000|mV|/Gx1 K], on Gx és la temperatura mitjana a l'escala Kelvin.
Exemple de càlcul. Sigui ^^^ la tensió entre la base i l'emissor d'un transistor de silici estàndard a una temperatura de 7;) = 20 °C
Amb un augment de la temperatura del seu cas a G, \u003d 35 ° C, aquesta tensió disminueix en 49 m V: i
La tensió real pot diferir lleugerament de la calculada, depenent de la posició del punt de funcionament del transistor i del seu tipus. En qualsevol cas, es recomana reduir i estabilitzar el corrent que flueix per la unió /?-/7 per eliminar l'efecte d'autoescalfament del cristall.
Arròs. 3,67. Esquemes per connectar sensors tèrmics de transistors a MK:
a) mesura de temperatura en el rang de -30…+150°C. El sensor de temperatura és el transistor VTI, en el qual la tensió (/[^e "deriva" amb un coeficient d'uns 2 mV / °C. Les resistències R4 i 7 estableixen el rang de temperatura i la tensió de calibratge de +3 V a l'entrada MK a temperatura ambient + 25 ° C. El transistor VTI té una caixa metàl·lica, l'extrem de la qual es pot pressionar en un tub de plàstic resistent a la calor i tota l'estructura es pot utilitzar com a sonda o sonda externa;
b) un sensor de temperatura basat en un transistor d'unió única VTI garanteix la linealitat de la mesura de la temperatura en el rang de 0…+ 100 °С;
c) El transistor VTI s'utilitza especialment per a muntatge en superfície (SMD) de mida petita. Això és necessari per reduir la inèrcia tèrmica del sensor. Per exemple, un transistor SMD entra en un règim tèrmic estable un minut després d'un salt de temperatura de 10 ° C (un transistor "gran" típic triga diverses vegades més).La resistència /^/ equilibra el circuit diferencial format per transistors VTI, VT2\
A la Fig. 3.67, a ... d mostra els esquemes de connexió dels sensors tèrmics de transistors al MK.
d) el transistor VT1 té un forat al cos, a través del qual es pot fixar amb un cargol a la superfície de l'objecte que es mesura. El col·lector del transistor està connectat elèctricament al seu cos, cosa que s'ha de tenir en compte durant la instal·lació. El coeficient de conversió de temperatura és directament proporcional a la relació de resistències R3/R2 (en aquest circuit, uns 20 mV/°C).
Sensor tèrmic en transistor E-core
En aquest article, parlaré de l'ús d'un transistor bipolar com a sensor de temperatura. La descripció es dóna en el context d'utilitzar-la per mesurar la temperatura d'un dissipador de calor (dissipador de calor).
El principal avantatge del sensor de temperatura del transistor és que proporciona un bon contacte tèrmic amb el radiador i és relativament fàcil de fixar-hi i el transistor bipolar no és car.
A continuació es mostra un diagrama d'encesa d'un transistor i d'una unitat de processament de senyal en un amplificador operatiu. VT1 és el sensor de temperatura del transistor, que està connectat al radiador.
El transistor s'utilitza intencionadament en estructures p-n-p. el dissipador de calor sovint està connectat al cable comú del circuit, i el col·lector del transistor del paquet TO-220 està connectat al dissipador de calor, i en connectar el transistor, no cal aïllar-lo elèctricament del dissipador de calor, que simplifica encara més el disseny.
La caiguda de tensió a través de la unió p-n canvia amb un augment de la seva temperatura amb una inclinació d'aproximadament -2 mV / grau (és a dir, disminueix amb l'augment de la temperatura). Un canvi de tensió tan petit no és molt convenient per processar l'ADC, a més, és més convenient quan la dependència és directa, és a dir. a mesura que augmenta la temperatura, augmenta el senyal de temperatura.
El circuit anterior polaritza, inverteix i amplifica el senyal del transistor, proporcionant un augment de la tensió de sortida amb l'augment de la temperatura i funciona de la següent manera.
A partir de la tensió de referència generada pel divisor R1R2, es resta la caiguda de tensió a través del transistor i el resultat de la resta s'amplifica. La tensió de referència es selecciona just per sobre de la caiguda de tensió a través del transistor a una temperatura de 25 graus, cosa que garanteix que la tensió es mesura per sota dels 25 graus.
El guany del circuit ve determinat per la relació R5/R4 + 1 i per a aquest circuit és igual a 11. La inclinació final del senyal de temperatura és 2*11=22mV/grau. Així, per garantir la mesura de la temperatura a partir de 0 graus, el senyal de sortida a 25 graus ha de ser almenys 25 * 0,022 = 0,55 V. L'excés de tensió de polarització sobre la caiguda del transistor a 25 graus ha de ser com a mínim de 0,05 V.
La caiguda de tensió a través del transistor a 25 graus és de 0,5 a 0,6 V i depèn del tipus específic de transistor i del corrent que el travessa, i probablement sigui impossible seleccionar la tensió de referència "sobre la marxa", per tant, en l'etapa de depuració, cal seleccionar resistències R1R2 per a un tipus específic de transistor i corrent a través d'ell, d'un transistor a un altre, aquest valor pot canviar, però això ja es pot corregir mitjançant mètodes de programari.
El corrent a través del transistor ve determinat per la resistència de la resistència R3, en aquest circuit el corrent és aproximadament igual a 15 mA. El valor recomanat de corrent a través del transistor és de 10-20 mA.
El circuit anterior està adaptat per a un ADC amb una tensió de referència de 3,3 V, però també es pot utilitzar per a una tensió de referència de 5 V, per a això cal augmentar el guany del circuit, en funció del rang de temperatura requerit.
Als elements R6VD1, es munta un circuit limitador de tensió de sortida en cas de situacions d'emergència, per exemple, una ruptura de cable al transistor. Si la tensió d'alimentació de l'amplificador operatiu no supera la tensió de referència de l'ADC, es poden excloure.
Com a DA1, es pot utilitzar qualsevol amplificador operacional que proporcioni un funcionament amb font d'alimentació unipolar i tensió d'entrada des de 0 V. Per exemple, el barat i comú LM358.
Com a transistor, es pot utilitzar qualsevol transistor no compost d'una estructura p-n-p.
