Dispositivo y tipos
Un termistor es un dispositivo semiconductor cuya resistencia depende de su temperatura. Dependiendo del tipo de elemento, la resistencia puede subir o bajar a medida que se calienta. Hay dos tipos de termistores:
- NTC (coeficiente de temperatura negativo) - con un coeficiente de resistencia de temperatura negativo (TCR). A menudo se los denomina "termistores".
- PTC (coeficiente de temperatura positivo) - con un TCS positivo. También se les llama "pozistores".
¡Importante! El coeficiente de temperatura de la resistencia eléctrica es la dependencia de la resistencia con la temperatura. Describe cuántos ohmios o porcentaje del valor nominal cambia la resistencia del elemento cuando su temperatura aumenta 1 grado Celsius
Por ejemplo, las resistencias convencionales tienen un TCR positivo (cuando se calienta, aumenta la resistencia de los conductores).
Los termistores son de baja temperatura (hasta 170 K), temperatura media (170-510 K) y temperatura alta (900-1300 K). El cuerpo del elemento puede ser de plástico, vidrio, metal o cerámica.
La designación gráfica simbólica de los termistores en el diagrama se asemeja a las resistencias ordinarias, y la única diferencia es que están tachados con una raya y la letra t se indica al lado.
Por cierto, así es como se designan las resistencias, cuya resistencia cambia bajo la influencia del medio ambiente, y el tipo de cantidades influyentes se indica con la letra, t es la temperatura.
Características principales:
- Resistencia nominal a 25 grados centígrados.
- Máxima disipación de corriente o potencia.
- Rango de temperatura de funcionamiento.
- gracias
Dato interesante: El termistor fue inventado en 1930 por el científico Samuel Ruben.
Veamos más de cerca cómo funciona y para qué sirve cada uno de ellos.
mediciones
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Para medir la temperatura, se pueden utilizar diodos semiconductores y transistores como convertidores térmicos. Esto se debe a que a un valor constante de corriente que fluye en dirección directa, por ejemplo, a través de la unión de un diodo, el voltaje en la unión cambia casi linealmente con la temperatura. Para que el valor de la corriente sea constante, basta con incluir una gran resistencia activa en serie con el diodo. En este caso, la corriente que pasa por el diodo no debería causar que se caliente. Es posible construir una característica de calibración de dicho sensor de temperatura utilizando dos puntos: al principio y al final del rango de temperatura medido. La figura 1, a muestra el circuito de medición de temperatura utilizando el diodo VD. Una batería puede servir como fuente de energía.
Arroz. 1. Esquema para medir la temperatura usando un diodo (a) y transistores (b, c). Las pastillas de puente le permiten aumentar la sensibilidad relativa del dispositivo compensando el valor inicial de la resistencia del sensor. De manera similar, la temperatura afecta la resistencia de la transición emisor-base de los transistores. En este caso, el transistor puede actuar simultáneamente como sensor de temperatura y como amplificador de su propia señal. Por lo tanto, el uso de transistores como sensores térmicos tiene una ventaja sobre los diodos. La figura 1b muestra un circuito de termómetro en el que se utiliza un transistor (germanio o silicio) como convertidor de temperatura. En la fabricación de termómetros tanto en diodos como en transistores, se requiere construir una característica de calibración, mientras que un termómetro de mercurio puede usarse como instrumento de medición ejemplar. La inercia de los termómetros en diodos y transistores es pequeña: en un diodo - 30 s, en un transistor - 60 s. De interés práctico es un circuito de puente con un transistor en uno de los brazos (Fig. 1, c). En este circuito, la unión del emisor está incluida en uno de los brazos del puente R4, se aplica una pequeña tensión de bloqueo al colector.
Etiquetas clave: diodo, transistor, temperatura |
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Diodo como sensor de temperatura - función de semiconductor
Un diodo es el dispositivo más simple en su configuración que tiene las propiedades de un semiconductor.
Entre los dos extremos del diodo (donante y aceptor) se encuentra la región de carga espacial, de lo contrario: unión p-n. Este "puente" asegura la penetración de electrones de una parte a otra, por lo tanto, debido a los diferentes nombres de sus cargas constituyentes, aparece una corriente bastante pequeña, pero aún así, dentro del diodo. El movimiento de electrones a través del diodo ocurre solo en una dirección. Por supuesto, hay un movimiento inverso, pero es completamente insignificante, y cuando intenta conectar una fuente de alimentación en esta dirección, el voltaje inverso bloquea el diodo. Esto aumenta la densidad de la sustancia y se produce la difusión. Por cierto, es por esta razón que el diodo se llama válvula semiconductora (hay movimiento en una dirección, pero no en la otra).
Si intenta aumentar la temperatura del diodo, aumentará la cantidad de portadores minoritarios (electrones que se mueven en la dirección opuesta a la dirección principal) y la unión p-n comenzará a colapsar.
El principio de interacción entre la caída de tensión en la unión p-n del diodo y la temperatura del propio diodo se reveló casi inmediatamente después de su diseño.
Como resultado, la unión p-n de un diodo de silicio es el sensor de temperatura más simple. Su TKV (coeficiente de temperatura de voltaje) es de 3 milivoltios por grado Celsius, y el punto de caída de voltaje directo es de aproximadamente 0,7 V.
Para el funcionamiento normal, este nivel de voltaje es innecesariamente bajo, por lo tanto, a menudo no se usa el diodo en sí, sino las uniones p-n del transistor completas con un divisor de voltaje básico.
Como resultado, el diseño en sus cualidades corresponde a toda la secuencia de diodos. Como resultado, el indicador de caída de tensión puede ser mucho mayor que 0,7 V.
Dado que el TCR (coeficiente de temperatura de resistencia) del diodo es negativo (-2mV / ° C), resultó ser muy relevante para su uso en varicaps, donde desempeña el papel de estabilizador de la frecuencia resonante del circuito oscilatorio. . Controlado por temperatura.
Datos de caída de voltaje de diodo
Al analizar las lecturas de un multímetro digital, se puede observar que los datos sobre la caída de voltaje en la unión pn para diodos de silicio son 690-700 mV, y para germanio: 400-450 mV (aunque este tipo de diodo prácticamente no es usado en este momento). Si durante la medición aumenta la temperatura del diodo, los datos del multímetro, por el contrario, disminuirán. Cuanto mayor sea la fuerza de calentamiento, mayor será la caída en los datos digitales.
Por lo general, esta propiedad se usa para estabilizar el proceso de trabajo en un sistema electrónico (por ejemplo, para amplificadores de frecuencia de audio).
Esquema de un termómetro en un diodo.
Sensores de temperatura para microcontrolador
Por el momento, muchos circuitos se basan en microcontroladores, y aquí también se pueden incluir varios medidores de temperatura, en los que se pueden usar sensores semiconductores, siempre que la temperatura durante su funcionamiento no supere los 125 ° C.
Dado que los medidores de temperatura se calibran en fábrica, no es necesario calibrar ni ajustar los sensores.Los resultados obtenidos de ellos en forma de datos digitales se alimentan al microcontrolador.
La aplicación de la información recibida depende del contenido del software del controlador.
Entre otras cosas, dichos sensores pueden funcionar en modo termostático, es decir (con un programa predeterminado) encenderse o apagarse cuando se alcanza una determinada temperatura.
Sin embargo, si otros indicadores de temperatura se convierten en referencia, será necesario reescribir el programa.
Otras aplicaciones
Aunque hoy en día la elección de sensores de temperatura es muy amplia, nadie se olvida de su versión de diodo, que se suele utilizar en planchas eléctricas, chimeneas eléctricas y electrónica en su sentido más amplio.
A pesar de las limitaciones en las condiciones de temperatura, los sensores de diodo tienen sus ventajas significativas:
- bajo costo relativo;
- dimensiones modestas;
– adaptarse fácilmente a una gran cantidad de dispositivos electrónicos;
- excelente sensibilidad y precisión.
Gracias a todas estas cualidades, el campo de aplicación de sensores de este tipo crece año tras año.
Escriba comentarios, adiciones al artículo, tal vez me perdí algo. Eche un vistazo al mapa del sitio, me alegrará si encuentra algo más útil en mi sitio.
Un termómetro electrónico simple en un transistor unijunction
categoría
Circuitos de radio para el hogar
I. Nechaev. KurskRadio, 1992, nº 8, págs. 17-18
En este artículo, hablaremos sobre la posibilidad de diseñar dispositivos para medir la temperatura a distancia, fuera de la casa o, por ejemplo, en un balcón "tienda de verduras". Hay muchos esquemas que le permiten realizar esta función, pero hay ciertas características al elegir un sensor sensible a la temperatura.
Como regla general, en la mayoría de los casos, al diseñar dichos dispositivos, los radioaficionados utilizan con mayor frecuencia los termistores. Tienen un coeficiente de resistencia térmica bastante amplio (en lo sucesivo, TCR), hasta un 8% por grado. Sin embargo, varía mucho en la zona de temperaturas medidas. Si para los termómetros domésticos puede cerrar los ojos ante este hecho, entonces si estamos hablando de un amplio rango de temperatura (por ejemplo, como en nuestro caso, de - 40 grados C a + 40 grados C), entonces surgen ciertos problemas con el graduación del dispositivo de escala de medición, simplemente perderá su linealidad.
También sabemos que la unión pn más común de cualquier dispositivo semiconductor puede servir como sensor de temperatura, sin embargo, el TCH de una unión simple es muy pequeño, no más del 0,3 % por grado, y esto requiere la introducción de circuitos amplificadores adicionales. lo que complica mucho el diseño.
Como ha demostrado la experiencia, los transistores de uniunión del tipo KT117 son los más adecuados para usar como sensor de temperatura (se usaron en las fuentes de alimentación de los televisores 2 \ 3 USCT y no será difícil encontrarlos) si los conecta como se muestra en la imagen
Como resultado de dicha inclusión, obtenemos un termistor con una resistencia de 5 ... 10 kOhm con un CTS de aproximadamente 0,7 ... 0,9% por grado C. En este caso, la escala del dispositivo será lineal sobre el todo el rango de temperatura. Esta propiedad de un transistor de uniunión hizo posible usarlo como sensor de temperatura en un dispositivo, cuyo circuito se muestra en la figura.
La base del termómetro electrónico considerado es un puente de medición en las resistencias R2-R5 en un brazo del cual está conectado un transistor de unión VT1. En la diagonal del puente se instala un microamperímetro PA1 con cero en el medio. Un rectificador de onda completa puede servir como fuente de alimentación, para este propósito, se introduce en el circuito un estabilizador paramétrico en un transistor VT2 y un diodo zener VD1. Si el dispositivo se operará por un corto tiempo (encendido, mirado, apagado), también se puede usar una batería de 9 voltios del tipo "Krona", en cuyo caso los circuitos de estabilización se pueden excluir del circuito.
La esencia del dispositivo es la siguiente: todas las resistencias en el circuito son fijas, solo la resistencia del sensor de temperatura, cuyo papel desempeña el transistor, es variable.Cuando la temperatura ambiente cambia, la corriente a través del sensor de temperatura cambiará. Además, la corriente cambiará tanto hacia arriba con un aumento de la temperatura como hacia abajo con una disminución de la temperatura Resulta que permanece solo seleccionando las resistencias del puente de medición y ajustando la resistencia de sintonización R1 para establecer las lecturas del instrumento. flecha a cero a 0 grados C.
Al configurar el dispositivo, puede usar las siguientes recomendaciones: el hielo derretido del refrigerador se puede usar como referencia para la temperatura "cero". Tampoco es difícil obtener una temperatura de 40 ... 50 grados C. Simplemente puede calentar el horno a la temperatura deseada. Por lo tanto, puede establecer la posición cero del dispositivo y el máximo positivo haciendo las marcas apropiadas en la escala. La marca "menos" se puede hacer a la misma distancia que la marca "más", porque la escala de medición será lineal.
Todas las partes del termómetro están montadas en una placa de circuito impreso hecha de textolita de lámina de un lado, cuyo boceto se muestra en la figura.
En la siguiente figura se muestra una apariencia aproximada del dispositivo.
Para este termómetro, lo más adecuado es un microamperímetro del tipo M4206 para una corriente de 50 μA con un cero en el medio de la escala. Si de repente este dispositivo no estaba disponible, puede usar cualquier otro microamperímetro para la corriente especificada (preferiblemente con una escala de medición grande), pero luego deberá introducir un botón adicional en el circuito para que sea posible controlar positivo y temperaturas negativas por separado, como se muestra en la figura
Bueno, al final: si es necesario, el dispositivo puede equiparse con varios sensores de temperatura encendiéndolos de acuerdo con el siguiente esquema
Así, podremos controlar la temperatura en varios objetos, por ejemplo, en casa y en la calle.
Sensores térmicos en transistores en circuitos MK
La naturaleza física de los materiales semiconductores es tal que sus parámetros dependen fuertemente de la temperatura. En los circuitos amplificadores convencionales, este fenómeno se combate, mientras que en los medidores de temperatura, por el contrario, se fomenta.Por ejemplo, en los transistores de silicio con una corriente de colector constante, al aumentar la temperatura, el voltaje base-emisor U^^^ disminuye con un coeficiente teórico de 2,1 mV/°C. El cambio real es proporcional a la relación 1000|mV|/Gx1 K], donde Gx es la temperatura media en la escala Kelvin.
Ejemplo de cálculo. Sea el voltaje entre la base y el emisor de un transistor de silicio estándar a una temperatura de 7;) = 20°C ^^^
Con un aumento en la temperatura de su caja a G, \u003d 35 ° C, este voltaje disminuye en 49m V: i
El voltaje real puede diferir ligeramente del calculado, dependiendo de la posición del punto de operación del transistor y su tipo. En cualquier caso, se recomienda reducir y estabilizar la corriente que fluye a través de la unión /?-/7 para eliminar el efecto de autocalentamiento del cristal.
Arroz. 3.67. Esquemas para conectar sensores térmicos de transistores a MK:
a) medición de temperatura en el rango de -30…+150°C. El sensor de temperatura es el transistor VTI, en el que el voltaje (/[^e "deriva" con un coeficiente de aproximadamente 2 mV / ° C. Las resistencias R4 y 7 establecen el rango de temperatura y el voltaje de calibración de +3 V en la entrada MK en temperatura ambiente + 25 ° C. El transistor VTI tiene una carcasa de metal, cuyo extremo se puede presionar en un tubo de plástico resistente al calor y toda la estructura se puede usar como sonda o sonda externa;
b) un sensor de temperatura basado en un transistor de unión simple VTI asegura la linealidad de la medición de temperatura en el rango de 0…+ 100°С;
c) El transistor VTI se usa especialmente para montaje en superficie de tamaño pequeño (SMD). Esto es necesario para reducir la inercia térmica del sensor. Por ejemplo, un transistor SMD entra en un régimen térmico estable un minuto después de un salto de temperatura de 10 °C (un típico transistor "grande" tarda varias veces más).La resistencia /^/ equilibra el circuito diferencial que consta de transistores VTI, VT2\
en la fig. 3.67, a ... d muestra los diagramas de conexión de los sensores térmicos de transistores al MK.
d) el transistor VT1 tiene un orificio en su cuerpo, a través del cual se puede fijar con un tornillo en la superficie del objeto que se mide. El colector del transistor está conectado eléctricamente a su cuerpo, lo que debe tenerse en cuenta durante la instalación. El coeficiente de conversión de temperatura es directamente proporcional a la relación de resistencias R3/R2 (en este circuito, alrededor de 20 mV/°C).
Sensor térmico en transistor E-core
En este artículo, hablaré sobre el uso de un transistor bipolar como sensor de temperatura. La descripción se da en el contexto de usarlo para medir la temperatura de un disipador de calor (disipador de calor).
La principal ventaja del sensor de temperatura en el transistor es que proporciona un buen contacto térmico con el radiador y es relativamente fácil de fijar en él y el transistor bipolar no es caro.
A continuación se muestra un diagrama de cómo encender un transistor y una unidad de procesamiento de señales en un amplificador operacional. VT1 es el sensor de temperatura del transistor, que está conectado al radiador.
El transistor se usa intencionalmente en estructuras p-n-p. el disipador de calor a menudo está conectado al cable común del circuito, y el colector del transistor en el paquete TO-220 está conectado al disipador de calor, y al conectar el transistor, no es necesario aislarlo eléctricamente del disipador de calor, lo que simplifica aún más el diseño.
La caída de tensión en la unión p-n cambia con un aumento de su temperatura con una inclinación de aproximadamente -2 mV/grado (es decir, disminuye al aumentar la temperatura). Un cambio de voltaje tan pequeño no es muy conveniente para procesar el ADC, además, es más conveniente cuando la dependencia es directa, es decir. a medida que aumenta la temperatura, aumenta la señal de temperatura.
El circuito anterior polariza, invierte y amplifica la señal del transistor, proporcionando un aumento en el voltaje de salida con el aumento de la temperatura, y funciona de la siguiente manera.
Del voltaje de referencia generado por el divisor R1R2, se resta la caída de voltaje a través del transistor y se amplifica el resultado de la resta. El voltaje de referencia se selecciona justo por encima de la caída de voltaje en el transistor a una temperatura de 25 grados, lo que garantiza que el voltaje se mida por debajo de los 25 grados.
La ganancia del circuito está determinada por la relación R5/R4 + 1 y para este circuito es igual a 11. La pendiente final de la señal de temperatura es 2*11=22mV/grado. Por lo tanto, para garantizar la medición de la temperatura desde 0 grados, la señal de salida a 25 grados debe ser de al menos 25*0,022=0,55 V. El exceso de la tensión de polarización sobre la caída del transistor a 25 grados debe ser de al menos 0,05 V.
La caída de tensión en el transistor a 25 grados es de 0,5-0,6 V y depende del tipo específico de transistor y de la corriente que lo atraviesa, y probablemente sea imposible seleccionar la tensión de referencia "sobre la marcha", por lo tanto, en la etapa de depuración, es necesario seleccionar las resistencias R1R2 para un tipo específico de transistor y la corriente a través de él, de un transistor a otro, este valor puede cambiar, pero esto ya se puede corregir mediante métodos de software.
La corriente a través del transistor está determinada por la resistencia de la resistencia R3, en este circuito la corriente es aproximadamente igual a 15 mA. El valor recomendado de corriente a través del transistor es 10-20mA.
El circuito anterior está adaptado para un ADC con un voltaje de referencia de 3.3V, pero también se puede usar para un voltaje de referencia de 5V, para esto es necesario aumentar la ganancia del circuito, en función del rango de temperatura requerido.
En los elementos R6VD1, se ensambla un circuito limitador de voltaje de salida en caso de situaciones de emergencia, por ejemplo, una rotura de cable en el transistor. Si el voltaje de suministro del amplificador operacional no excede el voltaje de referencia del ADC, entonces pueden excluirse.
Como DA1, se puede usar cualquier amplificador operacional que proporcione operación con fuente de alimentación unipolar y voltaje de entrada desde 0V. Por ejemplo, el LM358 barato y común.
Como transistor, se puede utilizar cualquier transistor no compuesto de estructura p-n-p.
