Συσκευή και τύποι
Το θερμίστορ είναι μια συσκευή ημιαγωγών της οποίας η αντίσταση εξαρτάται από τη θερμοκρασία του. Ανάλογα με τον τύπο του στοιχείου, η αντίσταση μπορεί να αυξηθεί ή να μειωθεί καθώς θερμαίνεται. Υπάρχουν δύο τύποι θερμίστορ:
- NTC (αρνητικός συντελεστής θερμοκρασίας) - με αρνητικό συντελεστή αντίστασης θερμοκρασίας (TCR). Συχνά αναφέρονται ως «θερμίστορ».
- PTC (Positive Temperature Coefficient) - με θετικό TCS. Λέγονται και «Pozistors».
Σπουδαίος! Ο συντελεστής θερμοκρασίας της ηλεκτρικής αντίστασης είναι η εξάρτηση της αντίστασης από τη θερμοκρασία. Περιγράφει πόσα ohms ή τοις εκατό της ονομαστικής τιμής αλλάζει η αντίσταση του στοιχείου όταν η θερμοκρασία του αυξάνεται κατά 1 βαθμό Κελσίου
Για παράδειγμα, οι συμβατικές αντιστάσεις έχουν θετικό TCR (όταν θερμαίνονται, η αντίσταση των αγωγών αυξάνεται).
Τα θερμίστορ είναι χαμηλής θερμοκρασίας (έως 170K), μεσαίας θερμοκρασίας (170-510K) και υψηλής θερμοκρασίας (900-1300K). Το σώμα του στοιχείου μπορεί να είναι κατασκευασμένο από πλαστικό, γυαλί, μέταλλο ή κεραμικό.
Η συμβολική γραφική ονομασία των θερμίστορ στο διάγραμμα μοιάζει με συνηθισμένες αντιστάσεις και η μόνη διαφορά είναι ότι διαγράφονται με μια λωρίδα και το γράμμα t υποδεικνύεται δίπλα της.
Παρεμπιπτόντως, έτσι χαρακτηρίζονται οι αντιστάσεις, η αντίσταση των οποίων αλλάζει υπό την επίδραση του περιβάλλοντος και ο τύπος των μεγεθών που επηρεάζουν υποδεικνύεται με το γράμμα, t είναι θερμοκρασία.
Τα κύρια χαρακτηριστικά:
- Ονομαστική αντίσταση στους 25 βαθμούς Κελσίου.
- Μέγιστο ρεύμα ή διαρροή ισχύος.
- Εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας.
- TKS.
Ενδιαφέρον γεγονός: Το θερμίστορ εφευρέθηκε το 1930 από τον επιστήμονα Samuel Ruben.
Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στο πώς λειτουργεί και σε τι χρησιμεύει το καθένα από αυτά.
Μετρήσεις
|
|
|||||
|
Για τη μέτρηση της θερμοκρασίας, οι διόδους ημιαγωγών και τα τρανζίστορ μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως θερμικοί μετατροπείς. Αυτό συμβαίνει επειδή σε μια σταθερή τιμή του ρεύματος που ρέει προς την κατεύθυνση προς τα εμπρός, για παράδειγμα, μέσω της διασταύρωσης μιας διόδου, η τάση στη διασταύρωση αλλάζει σχεδόν γραμμικά με τη θερμοκρασία. Για να είναι σταθερή η τιμή ρεύματος, αρκεί να συμπεριλάβουμε μια μεγάλη ενεργή αντίσταση σε σειρά με τη δίοδο. Σε αυτή την περίπτωση, το ρεύμα που διέρχεται από τη δίοδο δεν πρέπει να προκαλεί τη θέρμανση της. Είναι δυνατό να κατασκευαστεί ένα χαρακτηριστικό βαθμονόμησης ενός τέτοιου αισθητήρα θερμοκρασίας χρησιμοποιώντας δύο σημεία - στην αρχή και στο τέλος του μετρούμενου εύρους θερμοκρασίας. Το σχήμα 1, a δείχνει το κύκλωμα μέτρησης θερμοκρασίας χρησιμοποιώντας τη δίοδο VD. Μια μπαταρία μπορεί να χρησιμεύσει ως πηγή ενέργειας.
Ρύζι. 1. Σχέδιο μέτρησης θερμοκρασίας με χρήση διόδου (a) και τρανζίστορ (b, c). Τα pickups γέφυρας σάς επιτρέπουν να αυξήσετε τη σχετική ευαισθησία της συσκευής αντισταθμίζοντας την αρχική τιμή της αντίστασης του αισθητήρα. Ομοίως, η θερμοκρασία επηρεάζει την αντίσταση της μετάβασης εκπομπού-βάσης των τρανζίστορ. Σε αυτή την περίπτωση, το τρανζίστορ μπορεί να λειτουργήσει ταυτόχρονα και ως αισθητήρας θερμοκρασίας και ως ενισχυτής του δικού του σήματος. Επομένως, η χρήση τρανζίστορ ως θερμικοί αισθητήρες έχει πλεονέκτημα έναντι των διόδων. Το σχήμα 1β δείχνει ένα κύκλωμα θερμομέτρου στο οποίο χρησιμοποιείται ένα τρανζίστορ (γερμάνιο ή πυρίτιο) ως μετατροπέας θερμοκρασίας. Στην κατασκευή θερμομέτρων τόσο σε διόδους όσο και σε τρανζίστορ, απαιτείται η κατασκευή ενός χαρακτηριστικού βαθμονόμησης, ενώ ένα θερμόμετρο υδραργύρου μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υποδειγματικό όργανο μέτρησης. Η αδράνεια των θερμομέτρων σε διόδους και τρανζίστορ είναι μικρή: σε δίοδο - 30 s, σε τρανζίστορ - 60 s. Πρακτικό ενδιαφέρον είναι ένα κύκλωμα γέφυρας με ένα τρανζίστορ σε έναν από τους βραχίονες (Εικ. 1, γ). Σε αυτό το κύκλωμα, η διασταύρωση εκπομπού περιλαμβάνεται σε έναν από τους βραχίονες της γέφυρας R4, εφαρμόζεται μια μικρή τάση μπλοκαρίσματος στον συλλέκτη.
Ετικέτες κλειδιά: δίοδος, τρανζίστορ, θερμοκρασία |
|||||
|
|||||
|
|||||
Δίοδος ως αισθητήρας θερμοκρασίας - λειτουργία ημιαγωγού
Μια δίοδος είναι η απλούστερη συσκευή στη διαμόρφωσή της που έχει τις ιδιότητες ενός ημιαγωγού.
Ανάμεσα στα δύο άκρα της διόδου (δότης και δέκτης) βρίσκεται η περιοχή φορτίου χώρου, διαφορετικά: p-n-junction. Αυτή η "γέφυρα" εξασφαλίζει τη διείσδυση ηλεκτρονίων από το ένα μέρος στο άλλο, επομένως, λόγω των διαφορετικών ονομάτων των φορτίων που τη συνθέτουν, εμφανίζεται ένα μάλλον μικρό, αλλά ακόμα, ρεύμα μέσα στη δίοδο. Η κίνηση των ηλεκτρονίων μέσω της διόδου συμβαίνει μόνο προς μία κατεύθυνση. Φυσικά, υπάρχει μια αντίστροφη κίνηση, αλλά είναι εντελώς ασήμαντη και όταν προσπαθείτε να συνδέσετε μια πηγή ρεύματος προς αυτή την κατεύθυνση, η δίοδος μπλοκάρεται από αντίστροφη τάση. Αυτό αυξάνει την πυκνότητα της ουσίας και εμφανίζεται διάχυση. Παρεμπιπτόντως, για αυτόν τον λόγο η δίοδος ονομάζεται βαλβίδα ημιαγωγών (υπάρχει κίνηση προς τη μία κατεύθυνση, αλλά όχι προς την άλλη).
Εάν προσπαθήσετε να αυξήσετε τη θερμοκρασία της διόδου, τότε ο αριθμός των φορέων μειοψηφίας (ηλεκτρόνια που κινούνται προς την αντίθετη κατεύθυνση από την κύρια κατεύθυνση) θα αυξηθεί και η διασταύρωση p-n θα αρχίσει να καταρρέει.
Η αρχή της αλληλεπίδρασης μεταξύ της πτώσης τάσης στη διασταύρωση της διόδου p-n και της θερμοκρασίας της ίδιας της διόδου αποκαλύφθηκε σχεδόν αμέσως μετά τον σχεδιασμό της.
Ως αποτέλεσμα, η διασταύρωση p-n μιας διόδου πυριτίου είναι ο απλούστερος αισθητήρας θερμοκρασίας. Το TKV (συντελεστής θερμοκρασίας τάσης) είναι 3 millivolt ανά βαθμό Κελσίου και το σημείο πτώσης τάσης προς τα εμπρός είναι περίπου 0,7 V.
Για κανονική λειτουργία, αυτό το επίπεδο τάσης είναι αδικαιολόγητα χαμηλό, επομένως δεν χρησιμοποιείται συχνά η ίδια η δίοδος, αλλά οι διασταυρώσεις τρανζίστορ p-n ολοκληρώνονται με έναν βασικό διαιρέτη τάσης.
Ως αποτέλεσμα, ο σχεδιασμός στις ιδιότητές του αντιστοιχεί σε ολόκληρη τη σειρά των διόδων. Ως αποτέλεσμα, ο δείκτης πτώσης τάσης μπορεί να είναι πολύ μεγαλύτερος από 0,7 V.
Δεδομένου ότι ο συντελεστής TCR (συντελεστής αντίστασης θερμοκρασίας) της διόδου είναι αρνητικός (-2mV / ° C), αποδείχθηκε ότι είναι πολύ σημαντικός για χρήση σε κιρσούς, όπου παίζει το ρόλο του σταθεροποιητή της συχνότητας συντονισμού του ταλαντωτικού κυκλώματος . Ελεγχόμενη από τη θερμοκρασία.
Δεδομένα πτώσης τάσης διόδου
Κατά την ανάλυση των μετρήσεων ενός ψηφιακού πολύμετρου, μπορεί να σημειωθεί ότι τα δεδομένα για την πτώση τάσης στη διασταύρωση pn για διόδους πυριτίου είναι 690-700 mV και για γερμάνιο - 400-450 mV (αν και αυτός ο τύπος διόδου πρακτικά δεν είναι χρησιμοποιείται αυτή τη στιγμή). Εάν κατά τη μέτρηση η θερμοκρασία της διόδου αυξηθεί, τότε τα δεδομένα του πολύμετρου, αντίθετα, θα μειωθούν. Όσο μεγαλύτερη είναι η θερμαντική δύναμη, τόσο μεγαλύτερη είναι η πτώση των ψηφιακών δεδομένων.
Συνήθως αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται για τη σταθεροποίηση της διαδικασίας εργασίας σε ένα ηλεκτρονικό σύστημα (για παράδειγμα, για ενισχυτές συχνότητας ήχου).
Σχέδιο ενός θερμομέτρου σε μια δίοδο.
Αισθητήρες θερμοκρασίας για μικροελεγκτή
Προς το παρόν, πολλά κυκλώματα είναι κατασκευασμένα σε μικροελεγκτές και εδώ μπορούν επίσης να συμπεριληφθούν διάφοροι μετρητές θερμοκρασίας, στους οποίους μπορούν να χρησιμοποιηθούν αισθητήρες ημιαγωγών, υπό την προϋπόθεση ότι η θερμοκρασία κατά τη λειτουργία τους δεν υπερβαίνει τους 125 ° C.
Δεδομένου ότι οι μετρητές θερμοκρασίας είναι βαθμονομημένοι στο εργοστάσιο, δεν χρειάζεται να βαθμονομήσετε και να ρυθμίσετε τους αισθητήρες.Τα αποτελέσματα που λαμβάνονται από αυτά με τη μορφή ψηφιακών δεδομένων τροφοδοτούνται στον μικροελεγκτή.
Η εφαρμογή των λαμβανόμενων πληροφοριών εξαρτάται από το περιεχόμενο λογισμικού του ελεγκτή.
Μεταξύ άλλων, τέτοιοι αισθητήρες μπορούν να λειτουργούν σε θερμοστατική λειτουργία, δηλαδή (με ένα προκαθορισμένο πρόγραμμα) να ενεργοποιούνται ή να απενεργοποιούνται όταν επιτευχθεί μια συγκεκριμένη θερμοκρασία.
Ωστόσο, εάν άλλοι δείκτες θερμοκρασίας γίνουν αναφορά, το πρόγραμμα θα πρέπει να ξαναγραφεί.
Άλλες εφαρμογές
Αν και σήμερα η επιλογή των αισθητήρων θερμοκρασίας είναι πολύ μεγάλη, κανείς δεν ξεχνά την εκδοχή διόδων τους, η οποία χρησιμοποιείται συχνά σε ηλεκτρικά σίδερα, ηλεκτρικά τζάκια και ηλεκτρονικά με την ευρύτερη έννοια.
Παρά τους περιορισμούς στις συνθήκες θερμοκρασίας, οι αισθητήρες διόδου έχουν τα σημαντικά πλεονεκτήματά τους:
- σχετική φθηνότητα.
- μέτριες διαστάσεις.
- Τοποθετήστε εύκολα έναν τεράστιο αριθμό ηλεκτρονικών συσκευών.
- εξαιρετική ευαισθησία και ακρίβεια.
Χάρη σε όλες αυτές τις ιδιότητες, το πεδίο εφαρμογής αισθητήρων αυτού του τύπου αυξάνεται από χρόνο σε χρόνο.
Γράψτε σχόλια, προσθήκες στο άρθρο, ίσως έχασα κάτι. Ρίξτε μια ματιά στον χάρτη ιστότοπου, θα χαρώ αν βρείτε κάτι άλλο χρήσιμο στον ιστότοπό μου.
Ένα απλό ηλεκτρονικό θερμόμετρο σε ένα τρανζίστορ unjuunction
κατηγορία
Ραδιοκυκλώματα για το σπίτι
Ι. Νετσάεφ. KurskRadio, 1992, Νο. 8, σ. 17-18
Σε αυτό το άρθρο, θα μιλήσουμε για τη δυνατότητα σχεδιασμού συσκευών για τη μέτρηση της θερμοκρασίας σε απόσταση - έξω από το σπίτι ή, ας πούμε, σε ένα μπαλκόνι "λαχανοπωλείο". Υπάρχουν πολλά σχέδια που σας επιτρέπουν να εκτελέσετε αυτήν τη λειτουργία, αλλά υπάρχουν ορισμένα χαρακτηριστικά κατά την επιλογή ενός αισθητήρα ευαίσθητου στη θερμοκρασία.
Κατά κανόνα, στις περισσότερες περιπτώσεις, κατά το σχεδιασμό τέτοιων συσκευών, τα θερμίστορ χρησιμοποιούνται συχνότερα από ραδιοερασιτέχνες. Έχουν αρκετά μεγάλο θερμικό συντελεστή αντίστασης (εφεξής TCR) - έως 8% ανά βαθμό. Ωστόσο, ποικίλλει πολύ στη ζώνη των μετρούμενων θερμοκρασιών. Εάν για τα οικιακά θερμόμετρα μπορείτε να κλείσετε τα μάτια σας σε αυτό το γεγονός, τότε εάν μιλάμε για ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών (για παράδειγμα, όπως στην περίπτωσή μας, από -40 βαθμούς C έως + 40 βαθμούς C), τότε προκύπτουν ορισμένα προβλήματα με το βαθμολόγηση της συσκευής της κλίμακας μέτρησης, απλά θα χάσει τη γραμμικότητά της.
Γνωρίζουμε επίσης ότι η πιο κοινή σύνδεση pn οποιασδήποτε συσκευής ημιαγωγών μπορεί να χρησιμεύσει ως αισθητήρας θερμοκρασίας, ωστόσο, το TCH μιας απλής διασταύρωσης είναι πολύ μικρό - όχι περισσότερο από 0,3% ανά βαθμό και αυτό απαιτεί την εισαγωγή πρόσθετων κυκλωμάτων ενίσχυσης. που περιπλέκει πολύ το σχεδιασμό.
Όπως έχει δείξει η εμπειρία, τα τρανζίστορ unjuunction τύπου KT117 είναι τα καταλληλότερα για χρήση ως αισθητήρας θερμοκρασίας (χρησιμοποιήθηκαν στα τροφοδοτικά 2 \ 3 τηλεοράσεων USCT και δεν θα είναι δύσκολο να τα βρείτε) εάν τα συνδέσετε όπως φαίνεται στην φωτογραφία
Ως αποτέλεσμα μιας τέτοιας συμπερίληψης, λαμβάνουμε ένα θερμίστορ με αντίσταση 5 ... 10 kOhm με CTS περίπου 0,7 ... 0,9% ανά βαθμό C. Σε αυτήν την περίπτωση, η κλίμακα της συσκευής θα είναι γραμμική πάνω από το ολόκληρο το εύρος θερμοκρασίας. Αυτή η ιδιότητα ενός τρανζίστορ unjuunction κατέστησε δυνατή τη χρήση του ως αισθητήρα θερμοκρασίας σε μια συσκευή, το κύκλωμα της οποίας φαίνεται στο σχήμα.
Η βάση του εξεταζόμενου ηλεκτρονικού θερμομέτρου είναι μια γέφυρα μέτρησης στις αντιστάσεις R2-R5 στον ένα βραχίονα της οποίας είναι συνδεδεμένο ένα τρανζίστορ unjuunction VT1. Στη διαγώνιο της γέφυρας τοποθετείται μικροαμπερόμετρο PA1 με μηδέν στη μέση. Ένας ανορθωτής πλήρους κύματος μπορεί να χρησιμεύσει ως πηγή ενέργειας· για το σκοπό αυτό, ένας παραμετρικός σταθεροποιητής σε ένα τρανζίστορ VT2 και μια δίοδο zener VD1 εισάγεται στο κύκλωμα. Εάν η συσκευή θα λειτουργήσει για μικρό χρονικό διάστημα (ενεργοποιημένη, κοίταξε, απενεργοποιημένη), τότε μπορεί να χρησιμοποιηθεί και μπαταρία 9 volt τύπου "Krona", οπότε τα κυκλώματα σταθεροποίησης μπορούν να αποκλειστούν από το κύκλωμα.
Η ουσία της συσκευής είναι η εξής: όλες οι αντιστάσεις στο κύκλωμα είναι σταθερές, μόνο η αντίσταση του αισθητήρα θερμοκρασίας, ο ρόλος του οποίου παίζει το τρανζίστορ, είναι μεταβλητή.Όταν αλλάξει η θερμοκρασία περιβάλλοντος, το ρεύμα μέσω του αισθητήρα θερμοκρασίας θα αλλάξει. Επιπλέον, το ρεύμα θα αλλάξει τόσο προς τα πάνω με την αύξηση της θερμοκρασίας όσο και προς τα κάτω με τη μείωση της θερμοκρασίας. Αποδεικνύεται ότι παραμένει μόνο επιλέγοντας τις αντιστάσεις της γέφυρας μέτρησης και ρυθμίζοντας την αντίσταση συντονισμού R1 για να ρυθμίσετε τις ενδείξεις του οργάνου βέλος προς το μηδέν στους 0 βαθμούς Κελσίου.
Κατά τη ρύθμιση της συσκευής, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τις ακόλουθες συστάσεις - το λιώσιμο του πάγου από το ψυγείο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως σημείο αναφοράς για τη θερμοκρασία "μηδέν". Δεν είναι επίσης δύσκολο να αποκτήσετε θερμοκρασία 40 ... 50 βαθμούς C. Μπορείτε απλά να θερμάνετε τον φούρνο στην επιθυμητή θερμοκρασία. Έτσι, μπορείτε να ορίσετε τη μηδενική θέση της συσκευής και τη μέγιστη θετική κάνοντας τα κατάλληλα σημάδια στην κλίμακα. Η ένδειξη «μείον» μπορεί να γίνει στην ίδια απόσταση με την ένδειξη «συν», επειδή η κλίμακα μέτρησης θα είναι γραμμική.
Όλα τα μέρη του θερμομέτρου είναι τοποθετημένα σε μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος κατασκευασμένη από μονόπλευρο φύλλο textolite, ένα σκίτσο του οποίου φαίνεται στο σχήμα.
Μια κατά προσέγγιση εμφάνιση της συσκευής φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.
Για αυτό το θερμόμετρο, ταιριάζει καλύτερα ένα μικροαμπερόμετρο τύπου M4206 για ρεύμα 50 μA με μηδέν στο μέσο της κλίμακας. Εάν ξαφνικά αυτή η συσκευή δεν ήταν διαθέσιμη, τότε μπορείτε να χρησιμοποιήσετε οποιοδήποτε άλλο μικροαμπερόμετρο για το καθορισμένο ρεύμα (κατά προτίμηση με μεγάλη κλίμακα μέτρησης), αλλά στη συνέχεια θα πρέπει να εισαχθεί ένα πρόσθετο κουμπί στο κύκλωμα, ώστε να είναι δυνατός ο έλεγχος θετικών και αρνητικές θερμοκρασίες ξεχωριστά, όπως φαίνεται στο σχήμα
Λοιπόν, στο τέλος: εάν είναι απαραίτητο, η συσκευή μπορεί να εξοπλιστεί με πολλούς αισθητήρες θερμοκρασίας ενεργοποιώντας τους σύμφωνα με το ακόλουθο σχήμα
Έτσι, θα μπορούμε να ελέγχουμε τη θερμοκρασία σε πολλά αντικείμενα - για παράδειγμα, στο σπίτι και στο δρόμο.
Θερμικοί αισθητήρες σε τρανζίστορ σε κυκλώματα MK
Η φυσική φύση των ημιαγωγών υλικών είναι τέτοια που οι παράμετροί τους εξαρτώνται αρκετά από τη θερμοκρασία. Στα συμβατικά κυκλώματα ενίσχυσης καταπολεμάται αυτό το φαινόμενο, ενώ στους μετρητές θερμοκρασίας, αντίθετα, ενθαρρύνονται. Για παράδειγμα, σε τρανζίστορ πυριτίου με σταθερό ρεύμα συλλέκτη, με την αύξηση της θερμοκρασίας, η τάση βάσης-εκπομπού U^^^ μειώνεται με ένας θεωρητικός συντελεστής 2,1 mV / ° C. Η πραγματική αλλαγή είναι ανάλογη με την αναλογία 1000|mV|/Gx1 K], όπου Gx είναι η μέση θερμοκρασία στην κλίμακα Kelvin.
Παράδειγμα υπολογισμού. Αφήστε την τάση μεταξύ της βάσης και του εκπομπού ενός τυπικού τρανζίστορ πυριτίου σε θερμοκρασία 7;) = 20°C να είναι ^^^
Με αύξηση της θερμοκρασίας της θήκης του σε G, \u003d 35 ° C, αυτή η τάση μειώνεται κατά 49 m V: i
Η πραγματική τάση μπορεί να διαφέρει ελαφρώς από την υπολογιζόμενη, ανάλογα με τη θέση του σημείου λειτουργίας του τρανζίστορ και τον τύπο του. Σε κάθε περίπτωση, συνιστάται η μείωση και η σταθεροποίηση του ρεύματος που διαρρέει τη διασταύρωση /?-/7 προκειμένου να εξαλειφθεί η επίδραση της αυτοθέρμανσης του κρυστάλλου.
Ρύζι. 3,67. Σχέδια σύνδεσης θερμικών αισθητήρων τρανζίστορ στο MK:
α) μέτρηση θερμοκρασίας στην περιοχή -30…+150°C. Ο αισθητήρας θερμοκρασίας είναι το τρανζίστορ VTI, στο οποίο η τάση (/[^e "παρασύρεται" με συντελεστή περίπου 2 mV / ° C. Οι αντιστάσεις R4 και 7 ρυθμίζουν το εύρος θερμοκρασίας και την τάση βαθμονόμησης +3 V στην είσοδο MK στο θερμοκρασία δωματίου + 25 ° C. Το τρανζίστορ VTI έχει μεταλλικό περίβλημα, το άκρο του οποίου μπορεί να πιεστεί σε ανθεκτικό στη θερμότητα πλαστικό σωλήνα και ολόκληρη η δομή μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως εξωτερικός καθετήρας ή καθετήρας.
β) ένας αισθητήρας θερμοκρασίας που βασίζεται σε τρανζίστορ μονής σύνδεσης VTI παρέχει γραμμικότητα μέτρησης θερμοκρασίας στην περιοχή 0…+ 100°С.
γ) Το τρανζίστορ VTI χρησιμοποιείται ειδικά μικρού μεγέθους επιφανειακά τοποθετημένο (SMD). Αυτό είναι απαραίτητο για τη μείωση της θερμικής αδράνειας του αισθητήρα. Για παράδειγμα, ένα τρανζίστορ SMD εισέρχεται σε σταθερό θερμικό καθεστώς ένα λεπτό μετά από ένα άλμα θερμοκρασίας 10 ° C (ένα τυπικό «μεγάλο» τρανζίστορ διαρκεί πολλές φορές περισσότερο).Αντίσταση /^/ ισορροπεί το διαφορικό κύκλωμα που αποτελείται από τρανζίστορ VTI, VT2\
Στο Σχ. 3.67, ένα ... d δείχνει τα διαγράμματα σύνδεσης θερμικών αισθητήρων τρανζίστορ στο MK.
δ) Το τρανζίστορ VT1 έχει μια οπή στο σώμα του, μέσω της οποίας μπορεί να στερεωθεί με μια βίδα στην επιφάνεια του αντικειμένου που μετράται. Ο συλλέκτης του τρανζίστορ συνδέεται ηλεκτρικά με το σώμα του, κάτι που πρέπει να ληφθεί υπόψη κατά την εγκατάσταση. Ο συντελεστής μετατροπής θερμοκρασίας είναι ευθέως ανάλογος με την αναλογία των αντιστάσεων R3/R2 (σε αυτό το κύκλωμα, περίπου 20 mV/°C).
Θερμικός αισθητήρας σε τρανζίστορ E-core
Σε αυτό το άρθρο, θα μιλήσω για τη χρήση ενός διπολικού τρανζίστορ ως αισθητήρα θερμοκρασίας. Η περιγραφή δίνεται στο πλαίσιο της χρήσης της για τη μέτρηση της θερμοκρασίας μιας ψύκτρας (ψύκτρα).
Το κύριο πλεονέκτημα του αισθητήρα θερμοκρασίας στο τρανζίστορ είναι ότι παρέχει καλή θερμική επαφή με το ψυγείο και είναι σχετικά εύκολο να το στερεώσετε σε αυτό και το διπολικό τρανζίστορ δεν είναι ακριβό.
Παρακάτω είναι ένα διάγραμμα ενεργοποίησης ενός τρανζίστορ και μιας μονάδας επεξεργασίας σήματος σε έναν ενισχυτή op-amp. Το VT1 είναι ο αισθητήρας θερμοκρασίας τρανζίστορ, ο οποίος είναι συνδεδεμένος στο ψυγείο.
Το τρανζίστορ χρησιμοποιείται σκόπιμα σε δομές p-n-p. η ψύκτρα συνδέεται συχνά με το κοινό καλώδιο του κυκλώματος και ο συλλέκτης του τρανζίστορ στη συσκευασία TO-220 συνδέεται με την ψύκτρα και όταν συνδέετε το τρανζίστορ, δεν χρειάζεται να το απομονώσετε ηλεκτρικά από την ψύκτρα, που απλοποιεί περαιτέρω το σχεδιασμό.
Η πτώση τάσης στον κόμβο p-n αλλάζει με την αύξηση της θερμοκρασίας του με κλίση περίπου -2 mV / βαθμό (δηλαδή, μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας). Μια τέτοια μικρή αλλαγή τάσης δεν είναι πολύ βολική για την επεξεργασία του ADC, επιπλέον, είναι πιο βολική όταν η εξάρτηση είναι άμεση, δηλ. καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, το σήμα θερμοκρασίας αυξάνεται.
Το παραπάνω κύκλωμα πολώνει, αναστρέφει και ενισχύει το σήμα από το τρανζίστορ, παρέχοντας αύξηση της τάσης εξόδου με την αύξηση της θερμοκρασίας και λειτουργεί ως εξής.
Από την τάση αναφοράς που παράγεται από τον διαιρέτη R1R2, αφαιρείται η πτώση τάσης κατά μήκος του τρανζίστορ και το αποτέλεσμα της αφαίρεσης ενισχύεται. Η τάση αναφοράς επιλέγεται ακριβώς πάνω από την πτώση τάσης στο τρανζίστορ σε θερμοκρασία 25 μοιρών, η οποία διασφαλίζει ότι η τάση μετράται κάτω από 25 μοίρες.
Το κέρδος του κυκλώματος προσδιορίζεται από την αναλογία R5/R4 + 1 και για αυτό το κύκλωμα ισούται με 11. Η τελική κλίση του σήματος θερμοκρασίας είναι 2*11=22mV/βαθμός. Έτσι, για να εξασφαλιστεί η μέτρηση θερμοκρασίας από 0 μοίρες, το σήμα εξόδου στις 25 μοίρες πρέπει να είναι τουλάχιστον 25*0,022=0,55V. Η υπέρβαση της τάσης πόλωσης πάνω από την πτώση στο τρανζίστορ στις 25 μοίρες πρέπει να είναι τουλάχιστον 0,05 V.
Η πτώση τάσης κατά μήκος του τρανζίστορ στις 25 μοίρες είναι 0,5-0,6 V και εξαρτάται από τον συγκεκριμένο τύπο τρανζίστορ και το ρεύμα που το διαρρέει, και είναι πιθανώς αδύνατο να επιλέξετε την τάση αναφοράς «εν κινήσει», επομένως, στο στάδιο αποσφαλμάτωσης, είναι απαραίτητο να επιλέξετε αντιστάσεις R1R2 για έναν συγκεκριμένο τύπο τρανζίστορ και ρεύμα μέσω αυτού, από το ένα τρανζίστορ στο άλλο, αυτή η τιμή μπορεί να αλλάξει, αλλά αυτό μπορεί ήδη να διορθωθεί με μεθόδους λογισμικού.
Το ρεύμα μέσω του τρανζίστορ καθορίζεται από την αντίσταση της αντίστασης R3, σε αυτό το κύκλωμα το ρεύμα είναι περίπου ίσο με 15 mA. Η συνιστώμενη τιμή ρεύματος μέσω του τρανζίστορ είναι 10-20 mA.
Το παραπάνω κύκλωμα είναι προσαρμοσμένο για ADC με τάση αναφοράς 3,3 V, αλλά μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τάση αναφοράς 5 V, για αυτό είναι απαραίτητο να αυξηθεί το κέρδος του κυκλώματος, με βάση το απαιτούμενο εύρος θερμοκρασίας.
Στα στοιχεία R6VD1, συναρμολογείται ένα κύκλωμα περιορισμού τάσης εξόδου σε περίπτωση καταστάσεων έκτακτης ανάγκης, για παράδειγμα, θραύση καλωδίου στο τρανζίστορ. Εάν η τάση τροφοδοσίας του op-amp δεν υπερβαίνει την τάση αναφοράς του ADC, τότε μπορούν να εξαιρεθούν.
Ως DA1, μπορεί να χρησιμοποιηθεί οποιοσδήποτε ενισχυτής λειτουργίας που παρέχει λειτουργία με μονοπολική τροφοδοσία και τάση εισόδου από 0V. Για παράδειγμα, το φθηνό και κοινό LM358.
Ως τρανζίστορ, μπορεί να χρησιμοποιηθεί οποιοδήποτε μη σύνθετο τρανζίστορ δομής p-n-p.
