Enhed og typer
En termistor er en halvlederenhed, hvis modstand afhænger af dens temperatur. Afhængigt af elementtypen kan modstanden stige eller falde, når den varmes op. Der er to typer termistorer:
- NTC (Negative Temperature Coefficient) - med en negativ temperaturkoefficient for modstand (TCR). De omtales ofte som "termistorer".
- PTC (Positive Temperature Coefficient) - med en positiv TCS. De kaldes også "Pozistors".
Vigtig! Temperaturkoefficienten for elektrisk modstand er modstandens afhængighed af temperaturen. Beskriver hvor mange ohm eller procent af den nominelle værdi elementets modstand ændres, når dets temperatur stiger med 1 grad Celsius
For eksempel har konventionelle modstande en positiv TCR (når de opvarmes, øges ledernes modstand).
Termistorer er lav temperatur (op til 170K), medium temperatur (170-510K) og høj temperatur (900-1300K). Elementets krop kan være lavet af plast, glas, metal eller keramik.
Den symbolske grafiske betegnelse af termistorer i diagrammet ligner almindelige modstande, og den eneste forskel er, at de er overstreget med en stribe, og bogstavet t er angivet ved siden af.
Forresten er det sådan, enhver modstand er udpeget, hvis modstand ændres under påvirkning af miljøet, og typen af påvirkende mængder er angivet med bogstavet, t er temperatur.
Hovedkarakteristika:
- Nominel modstand ved 25 grader Celsius.
- Maksimal strøm- eller effekttab.
- Driftstemperaturområde.
- tks.
Interessant kendsgerning: Termistoren blev opfundet i 1930 af videnskabsmanden Samuel Ruben.
Lad os se nærmere på, hvordan det virker, og hvad hver af dem er til.
målinger
|
|
|||||
|
Til måling af temperatur kan halvlederdioder og transistorer bruges som termiske omformere. Dette skyldes, at ved en konstant værdi af strømmen, der flyder i fremadgående retning, for eksempel gennem krydset af en diode, ændres spændingen ved krydset næsten lineært med temperaturen. For at den aktuelle værdi skal være konstant, er det nok at inkludere en stor aktiv modstand i serie med dioden. I dette tilfælde bør strømmen, der passerer gennem dioden, ikke få den til at varme op. Det er muligt at bygge en kalibreringskarakteristik af en sådan temperaturføler ved hjælp af to punkter - i begyndelsen og i slutningen af det målte temperaturområde. Figur 1, a viser temperaturmålekredsløbet ved hjælp af VD-dioden. Et batteri kan tjene som strømkilde.
Ris. 1. Skema til måling af temperatur ved hjælp af en diode (a) og transistorer (b, c). Bridge pickupper giver dig mulighed for at øge enhedens relative følsomhed ved at kompensere den indledende værdi af sensormodstanden. På samme måde påvirker temperaturen modstanden af transistorernes emitter-base-overgang. I dette tilfælde kan transistoren samtidig fungere både som temperaturføler og som forstærker af sit eget signal. Derfor har brugen af transistorer som termiske sensorer en fordel i forhold til dioder. Figur 1b viser et termometerkredsløb, hvor en transistor (germanium eller silicium) bruges som temperaturomformer. Ved fremstilling af termometre både på dioder og på transistorer er det nødvendigt at bygge en kalibreringskarakteristik, mens et kviksølvtermometer kan bruges som et eksemplarisk måleinstrument. Inertien af termometre på dioder og transistorer er lille: på en diode - 30 s, på en transistor - 60 s. Af praktisk interesse er et brokredsløb med en transistor i en af armene (fig. 1, c). I dette kredsløb er emitterforbindelsen inkluderet i en af armene på broen R4, en lille blokeringsspænding påføres kollektoren.
Nøglemærker: diode, transistor, temperatur |
|||||
|
|||||
|
|||||
Diode som temperaturføler - halvlederfunktion
En diode er den enkleste enhed i sin konfiguration, der har egenskaberne som en halvleder.
Mellem de to yderpunkter af dioden (donor og acceptor) ligger rumladningsområdet, ellers: p-n-junction. Denne "bro" sikrer indtrængning af elektroner fra den ene del til den anden, og på grund af de forskellige navne på dens bestanddele opstår der derfor en ret lille, men stadig, strøm inde i dioden. Bevægelsen af elektroner gennem dioden sker kun i én retning. Selvfølgelig er der en omvendt bevægelse, men den er fuldstændig ubetydelig, og når du forsøger at tilslutte en strømkilde i denne retning, blokeres dioden af omvendt spænding. Dette øger stoffets tæthed, og der sker diffusion. Forresten er det af denne grund, at dioden kaldes en halvlederventil (der er bevægelse i den ene retning, men ikke i den anden).
Hvis du forsøger at øge diodens temperatur, vil antallet af minoritetsbærere (elektroner, der bevæger sig i den modsatte retning af hovedretningen) stige, og p-n-krydset vil begynde at kollapse.
Princippet om vekselvirkning mellem spændingsfaldet over dioden p-n krydset og temperaturen på selve dioden blev afsløret næsten umiddelbart efter den blev designet.
Som følge heraf er p-n-forbindelsen af en siliciumdiode den enkleste temperaturføler. Dens TKV (spændingstemperaturkoefficient) er 3 millivolt pr. grad Celsius, og det fremadgående spændingsfaldspunkt er omkring 0,7V.
Til normal drift er dette spændingsniveau unødvendigt lavt, derfor bruges ikke selve dioden ofte, men transistor p-n-kryds komplet med en grundlæggende spændingsdeler.
Som et resultat svarer designet i dets kvaliteter til hele sekvensen af dioder. Som et resultat kan spændingsfaldsindikatoren være meget større end 0,7V.
Da diodens TCR (temperaturkoefficient for modstand) er negativ (-2mV / ° C), viste det sig at være meget relevant til brug i varicaps, hvor det spiller rollen som en stabilisator af resonansfrekvensen af det oscillerende kredsløb . Styres af temperatur.
Diodespændingsfaldsdata
Når man analyserer aflæsningerne af et digitalt multimeter, kan det bemærkes, at dataene om spændingsfaldet over pn-forbindelsen for siliciumdioder er 690-700 mV og for germanium - 400-450 mV (selvom denne type diode praktisk talt ikke er brugt i øjeblikket). Hvis temperaturen på dioden stiger under målingen, vil multimeterdata tværtimod falde. Jo større varmekraft, jo større fald i digitale data.
Normalt bruges denne egenskab til at stabilisere arbejdsprocessen i et elektronisk system (for eksempel til lydfrekvensforstærkere).
Ordning af et termometer på en diode.
Temperatursensorer til mikrocontroller
I øjeblikket er mange kredsløb bygget på mikrocontrollere, og her kan også inkluderes forskellige temperaturmålere, hvori der kan bruges halvledersensorer, forudsat at temperaturen under deres drift ikke overstiger 125 ° C.
Da temperaturmålerne er kalibreret fra fabrikken, er det ikke nødvendigt at kalibrere og justere sensorerne.Resultaterne opnået fra dem i form af digitale data føres til mikrocontrolleren.
Anvendelsen af de modtagne oplysninger afhænger af controllerens softwareindhold.
Sådanne sensorer kan blandt andet fungere i en termostatisk tilstand, det vil sige (med et forudbestemt program) tænde eller slukke, når en bestemt temperatur er nået.
Men hvis andre temperaturindikatorer bliver reference, skal programmet omskrives.
Andre applikationer
Selvom valget af temperaturfølere i dag er meget bredt, er der ingen, der glemmer deres diodeversion, som ofte bruges i elektriske strygejern, elektriske pejse og elektronik i sin bredeste forstand.
På trods af begrænsningerne i temperaturforhold har diodesensorer deres betydelige fordele:
- relativ billighed;
- beskedne dimensioner;
– passer nemt til et stort antal elektroniske enheder;
- fremragende følsomhed og nøjagtighed.
Takket være alle disse kvaliteter vokser anvendelsesområdet for sensorer af denne type fra år til år.
Skriv kommentarer, tilføjelser til artiklen, måske er jeg gået glip af noget. Tag et kig på sitemap, jeg vil blive glad, hvis du finder noget andet nyttigt på min side.
Et simpelt elektronisk termometer på en unijunction transistor
kategori
Radiokredsløb til hjemmet
I. Nechaev. KurskRadio, 1992, nr. 8, s. 17-18
I denne artikel vil vi tale om muligheden for at designe enheder til at måle temperatur på afstand - uden for huset eller for eksempel i en balkon "grøntsagsbutik". Der er mange ordninger, der giver dig mulighed for at udføre denne funktion, men der er visse funktioner, når du vælger en temperaturfølsom sensor.
Som regel bruges termistorer i de fleste tilfælde oftest af radioamatører, når de designer sådanne enheder. De har en ret bred termisk modstandskoefficient (i det følgende benævnt TCR) - op til 8% pr. grad. Det varierer dog meget i zonen med målte temperaturer. Hvis du for hjemmetermometre kan lukke øjnene for dette faktum, så hvis vi taler om et bredt temperaturområde (for eksempel, som i vores tilfælde, fra - 40 grader C til + 40 grader C), så opstår der visse problemer med graduering af måleskalaenheden, vil den simpelthen miste sin linearitet.
Vi ved også, at det mest almindelige pn-kryds for enhver halvlederenhed kan tjene som en temperatursensor, men TCH for et simpelt kryds er meget lille - ikke mere end 0,3% pr. grad, og dette kræver indførelse af yderligere forstærkerkredsløb, hvilket komplicerer designet meget.
Som erfaringen har vist, er unijunction-transistorer af typen KT117 bedst egnede til brug som temperatursensor (de blev brugt i strømforsyningerne til 2 \ 3 USCT-tv'er, og det vil ikke være svært at finde dem), hvis du tilslutter det som vist i billedet
Som et resultat af en sådan inklusion opnår vi en termistor med en modstand på 5 ... 10 kOhm med en CTS på cirka 0,7 ... 0,9 % pr. grad C. I dette tilfælde vil enhedens skala være lineær over hele temperaturområdet. Denne egenskab ved en unijunction transistor gjorde det muligt at bruge den som en temperatursensor i en enhed, hvis kredsløb er vist i figuren.
Grundlaget for det betragtede elektroniske termometer er en målebro på modstande R2-R5 i den ene arm, hvoraf en unijunction transistor VT1 er forbundet. Et PA1 mikroamperemeter med nul i midten er installeret i broens diagonal. En fuldbølge-ensretter kan tjene som strømkilde; til dette formål indføres en parametrisk stabilisator på en VT2-transistor og en VD1-zenerdiode i kredsløbet. Hvis enheden skal bruges i kort tid (tændt, kigget, slukket), kan et 9-volt batteri af typen "Krona" også bruges, i hvilket tilfælde stabiliseringskredsløbene kan udelukkes fra kredsløbet.
Essensen af enheden er som følger: alle modstande i kredsløbet er faste, kun temperatursensorens modstand, hvis rolle spilles af transistoren, er variabel.Når den omgivende temperatur ændres, ændres strømmen gennem temperaturføleren. Desuden vil strømmen ændre sig både opad med en temperaturstigning og nedad med et fald i temperaturen.Det viser sig, at den kun forbliver ved at vælge målebroens modstande og justere tuningmodstanden R1 for at indstille instrumentets aflæsninger pilen til nul ved 0 grader C.
Ved opsætning af enheden kan du bruge følgende anbefalinger - smeltende is fra køleskabet kan bruges som reference for "nul" temperatur. Det er heller ikke svært at få en temperatur på 40 ... 50 grader C. Du kan blot varme ovnen op til den ønskede temperatur. Således kan du indstille enhedens nulposition og den maksimale positive ved at lave de passende mærker på skalaen. "Minus"-mærket kan laves i samme afstand som "plus"-mærket, fordi måleskalaen vil være lineær.
Alle termometrets dele er monteret på en printplade lavet af ensidet folietekstolit, hvoraf en skitse er vist på figuren.
Enhedens omtrentlige udseende er vist i den følgende figur.
Til dette termometer er et mikroamperemeter af typen M4206 til en strøm på 50 μA med et nul i midten af skalaen bedst egnet. Hvis denne enhed pludselig ikke var tilgængelig, kan du bruge et hvilket som helst andet mikroamperemeter til den specificerede strøm (helst med en stor måleskala), men så skal der indføres en ekstra knap i kredsløbet, så det er muligt at kontrollere positiv og negative temperaturer separat, som vist på figuren
Nå, i sidste ende: om nødvendigt kan enheden udstyres med flere temperatursensorer ved at tænde dem i henhold til følgende skema
Dermed vil vi være i stand til at styre temperaturen i flere genstande - for eksempel i hjemmet og på gaden.
Termiske sensorer på transistorer i MK-kredsløb
Den fysiske natur af halvledermaterialer er sådan, at deres parametre afhænger ret stærkt af temperaturen. I konventionelle forstærkerkredsløb bekæmpes dette fænomen, mens man i temperaturmålere tværtimod tilskynder til. For eksempel i siliciumtransistorer med konstant kollektorstrøm, med stigende temperatur, falder basis-emitterspændingen U^^^ med en teoretisk koefficient på 2,1 mV / ° C. Den faktiske ændring er proportional med forholdet 1000|mV|/Gx1 K], hvor Gx er mediumtemperaturen på Kelvin-skalaen.
Regneeksempel. Lad spændingen mellem basis og emitter af en standard siliciumtransistor ved en temperatur på 7;) = 20°C være ^^^
Med en stigning i temperaturen på dens sag til G, \u003d 35 ° C, falder denne spænding med 49m V: i
Den faktiske spænding kan afvige lidt fra den beregnede, afhængigt af positionen af transistorens driftspunkt og dens type. Under alle omstændigheder anbefales det at reducere og stabilisere strømmen, der strømmer gennem /?-/7-forbindelsen for at eliminere effekten af selvopvarmning af krystallen.
Ris. 3,67. Skemaer til tilslutning af termiske transistorsensorer til MK:
a) temperaturmåling i området -30…+150°C. Temperaturføleren er VTI-transistoren, hvori spændingen (/[^e "drifter" med en koefficient på ca. 2 mV / ° C. Modstande R4 og 7 indstiller temperaturområdet og +3 V kalibreringsspænding ved MK-indgangen kl. stuetemperatur + 25 ° C. Transistor VTI har et metalhus, hvis ende kan presses ind i et varmebestandigt plastrør, og hele strukturen kan bruges som en ekstern sonde eller sonde;
b) en temperaturføler baseret på en single-junction transistor VTI sikrer linearitet af temperaturmåling i området 0…+ 100°С;
c) VTI-transistoren er specielt brugt i lille størrelse overflademonteret (SMD). Dette er nødvendigt for at reducere sensorens termiske inerti. For eksempel går en SMD-transistor ind i et stabilt termisk regime et minut efter et temperaturspring på 10 ° C (en typisk "stor" transistor tager flere gange længere tid).Modstanden /^/ balancerer differentialkredsløbet bestående af transistorer VTI, VT2\
På Fig. 3.67, a ... d viser forbindelsesdiagrammerne for termiske transistorsensorer til MK.
d) Transistor VT1 har et hul i sin krop, hvorigennem den kan fastgøres med en skrue på overfladen af det objekt, der måles. Transistorens kollektor er elektrisk forbundet med dens krop, hvilket skal tages i betragtning under installationen. Temperaturomdannelseskoefficienten er direkte proportional med forholdet mellem modstande R3/R2 (i dette kredsløb ca. 20 mV/°C).
Termisk sensor på E-core transistor
I denne artikel vil jeg tale om at bruge en bipolær transistor som temperatursensor. Beskrivelsen gives i sammenhæng med at bruge den til at måle temperaturen på en køleplade (køleplade).
Den største fordel ved temperaturføleren på transistoren er, at den giver god termisk kontakt med radiatoren, og det er relativt nemt at fastgøre den på den, og den bipolære transistor er ikke dyr.
Nedenfor er et diagram over tænding af en transistor og en signalbehandlingsenhed på en op-amp. VT1 er den transistor-termiske sensor, som er fastgjort til radiatoren.
Transistoren bruges bevidst i p-n-p strukturer. kølepladen er ofte forbundet til kredsløbets fælles ledning, og transistorens kollektor i TO-220-pakken er forbundet til kølepladen, og når transistoren monteres, er det ikke nødvendigt at isolere den elektrisk fra kølepladen, hvilket yderligere forenkler designet.
Spændingsfaldet over p-n krydset ændres med en stigning i dens temperatur med en stejlhed på ca. -2 mV/grad (dvs. falder med stigende temperatur). En sådan lille spændingsændring er ikke særlig praktisk at behandle ADC'en, desuden er det mere bekvemt, når afhængigheden er direkte, dvs. når temperaturen stiger, stiger temperatursignalet.
Ovenstående kredsløb forspænder, inverterer og forstærker signalet fra transistoren, hvilket giver en stigning i udgangsspændingen med stigende temperatur og fungerer som følger.
Fra referencespændingen genereret af deleren R1R2 trækkes spændingsfaldet over transistoren, og resultatet af subtraktionen forstærkes. Referencespændingen vælges lige over spændingsfaldet over transistoren ved en temperatur på 25 grader, hvilket sikrer, at spændingen måles under 25 grader.
Forstærkningen af kredsløbet bestemmes af forholdet R5/R4 + 1 og for dette kredsløb er lig med 11. Den endelige hældning af temperatursignalet er 2*11=22mV/grad. For at sikre temperaturmåling fra 0 grader skal udgangssignalet ved 25 grader være mindst 25*0,022=0,55V. Overskuddet af forspændingen i forhold til faldet på transistoren ved 25 grader skal være mindst 0,05V.
Spændingsfaldet over transistoren ved 25 grader er 0,5-0,6V og afhænger af den specifikke type transistor og strømmen gennem den, og det er sandsynligvis umuligt at vælge referencespændingen "i farten", derfor, i debuggingsstadiet, det er nødvendigt at vælge modstande R1R2 til en specifik type transistor og strøm gennem den, fra en transistor til en anden, denne værdi kan ændre sig, men dette kan allerede korrigeres med softwaremetoder.
Strømmen gennem transistoren bestemmes af modstanden R3, i dette kredsløb er strømmen omtrent lig med 15mA. Den anbefalede værdi af strøm gennem transistoren er 10-20mA.
Ovenstående kredsløb er tilpasset til en ADC med en referencespænding på 3,3V, men kan også bruges til en 5V referencespænding, hertil er det nødvendigt at øge kredsløbets forstærkning, baseret på det nødvendige temperaturområde.
På R6VD1-elementerne er et udgangsspændingsbegrænsende kredsløb samlet i nødsituationer, for eksempel et ledningsbrud til transistoren. Hvis op-ampens forsyningsspænding ikke overstiger referencespændingen for ADC'en, kan de udelukkes.
Enhver op-forstærker kan bruges som DA1, der giver drift med unipolær strømforsyning og indgangsspænding fra 0V. For eksempel den billige og almindelige LM358.
Som transistor kan enhver ikke-sammensat transistor med en p-n-p-struktur anvendes.
