Laite ja tyypit
Termistori on puolijohdelaite, jonka resistanssi riippuu sen lämpötilasta. Elementin tyypistä riippuen vastus voi nousta tai laskea kuumeneessaan. Termistoreja on kahta tyyppiä:
- NTC (Negatiivinen lämpötilakerroin) - negatiivisella lämpötilakertoimella (TCR). Niitä kutsutaan usein termistoreiksi.
- PTC (positiivinen lämpötilakerroin) - positiivisella TCS:llä. Niitä kutsutaan myös "Pozistoreiksi".
Tärkeä! Sähkövastuksen lämpötilakerroin on vastuksen riippuvuus lämpötilasta. Kuvaa kuinka monta ohmia tai prosenttia nimellisarvosta elementin vastus muuttuu, kun sen lämpötila nousee 1 Celsius-asteen
Esimerkiksi tavanomaisilla vastuksilla on positiivinen TCR (lämmitettäessä johtimien resistanssi kasvaa).
Termistorit ovat alhaisen lämpötilan (jopa 170K), keskilämpötilan (170-510K) ja korkean lämpötilan (900-1300K). Elementin runko voi olla muovia, lasia, metallia tai keramiikkaa.
Termistorien symbolinen graafinen merkintä kaaviossa muistuttaa tavallisia vastuksia, ja ainoa ero on, että ne on yliviivattu raidalla ja sen vieressä on kirjain t.
Muuten, näin merkitään kaikki vastukset, joiden vastus muuttuu ympäristön vaikutuksesta, ja vaikuttavien määrien tyyppi on osoitettu kirjaimella, t on lämpötila.
Pääpiirteet:
- Nimelliskestävyys 25 celsiusastetta.
- Suurin virta- tai tehohäviö.
- Käyttölämpötila.
- TKS.
Mielenkiintoinen tosiasia: Termistorin keksi vuonna 1930 tiedemies Samuel Ruben.
Katsotaanpa tarkemmin, miten se toimii ja mihin kukin niistä on tarkoitettu.
mitat
|
|
|||||
|
Lämpötilan mittaamiseen voidaan käyttää puolijohdediodeja ja transistoreita lämpömuuntimina. Tämä johtuu siitä, että eteenpäin virtaavan virran vakioarvolla, esimerkiksi diodin liitoksen kautta, liitoksen jännite muuttuu lähes lineaarisesti lämpötilan mukaan. Jotta virran arvo olisi vakio, riittää, että liitetään suuri aktiivinen vastus sarjaan diodin kanssa. Tässä tapauksessa diodin läpi kulkeva virta ei saa aiheuttaa sen kuumenemista. Tällaisen lämpötila-anturin kalibrointiominaisuus on mahdollista rakentaa käyttämällä kahta pistettä - mitatun lämpötila-alueen alussa ja lopussa. Kuva 1, a esittää lämpötilan mittauspiiriä VD-diodilla. Akku voi toimia virtalähteenä.
Riisi. 1. Kaavio lämpötilan mittaamiseksi diodilla (a) ja transistoreilla (b, c). Siltaanturien avulla voit lisätä laitteen suhteellista herkkyyttä kompensoimalla anturin vastuksen alkuarvoa. Samoin lämpötila vaikuttaa transistorien emitteri-kanta-siirtymän resistanssiin. Tässä tapauksessa transistori voi toimia samanaikaisesti sekä lämpötila-anturina että oman signaalinsa vahvistimena. Siksi transistorien käytöllä lämpöantureina on etu diodeihin verrattuna. Kuvassa 1b on lämpömittaripiiri, jossa transistoria (germanium tai pii) käytetään lämpötilamuuntimena. Sekä diodeilla että transistoreilla olevien lämpömittareiden valmistuksessa vaaditaan kalibrointikäyrän rakentaminen, kun taas elohopealämpömittaria voidaan käyttää esimerkillisenä mittauslaitteena. Diodien ja transistoreiden lämpömittarien inertia on pieni: diodilla - 30 s, transistorilla - 60 s. Käytännön kiinnostava on siltapiiri, jonka toisessa varressa on transistori (kuva 1, c). Tässä piirissä emitteriliitos sisältyy sillan R4 yhteen haaraan, kollektoriin syötetään pieni estojännite.
Tärkeimmät tunnisteet: diodi, transistori, lämpötila |
|||||
|
|||||
|
|||||
Diodi lämpötila-anturina - puolijohdetoiminto
Diodi on kokoonpanossaan yksinkertaisin laite, jolla on puolijohteen ominaisuuksia.
Diodin kahden ääripään (luovuttaja ja vastaanottaja) välissä on avaruusvarausalue, muuten: p-n-liitos. Tämä "silta" varmistaa elektronien tunkeutumisen osasta toiseen, joten sen muodostavien varausten eri nimien vuoksi diodin sisään ilmestyy melko pieni, mutta silti virta. Elektronien liike diodin läpi tapahtuu vain yhteen suuntaan. Tietenkin on käänteistä liikettä, mutta se on täysin merkityksetöntä, ja kun yrität kytkeä virtalähteen tähän suuntaan, käänteinen jännite estää diodin. Tämä lisää aineen tiheyttä ja diffuusiota tapahtuu. Muuten, juuri tästä syystä diodia kutsutaan puolijohdeventtiiliksi (liikettä tapahtuu yhteen suuntaan, mutta ei toiseen).
Jos yrität nostaa diodin lämpötilaa, vähemmistökantoaaltojen (pääsuuntaan nähden vastakkaiseen suuntaan liikkuvien elektronien) määrä kasvaa ja p-n-liitos alkaa romahtaa.
Diodin p-n-liitoksen jännitehäviön ja itse diodin lämpötilan välinen vuorovaikutusperiaate paljastui melkein heti sen suunnittelun jälkeen.
Tämän seurauksena piidiodin p-n-liitos on yksinkertaisin lämpötila-anturi. Sen TKV (jännitelämpötilakerroin) on 3 millivolttia celsiusastetta kohden ja lähtöjännitteen pudotuspiste on noin 0,7 V.
Normaalissa käytössä tämä jännitetaso on tarpeettoman alhainen, joten usein ei käytetä itse diodia, vaan transistorin p-n-liitoksia, joissa on perusjännitejakaja.
Tämän seurauksena suunnittelu vastaa ominaisuuksiltaan koko diodien sarjaa. Tämän seurauksena jännitehäviön ilmaisin voi olla paljon suurempi kuin 0,7 V.
Koska diodin TCR (resistanssin lämpötilakerroin) on negatiivinen (-2mV / ° C), se osoittautui erittäin merkitykselliseksi käytettäväksi varikapeissa, joissa se toimii värähtelypiirin resonanssitaajuuden stabilaattorina . Ohjattu lämpötilalla.
Diodin jännitehäviön tiedot
Digitaalisen yleismittarin lukemia analysoitaessa voidaan huomata, että tiedot jännitehäviöstä pn-liitännässä piidiodeille on 690-700 mV ja germaniumille - 400-450 mV (vaikka tämäntyyppinen diodi ei käytännössä ole tällä hetkellä käytössä). Jos mittauksen aikana diodin lämpötila nousee, yleismittarin tiedot päinvastoin laskevat. Mitä suurempi lämmitysvoima, sitä suurempi on digitaalisten tietojen pudotus.
Yleensä tätä ominaisuutta käytetään vakauttamaan työprosessia elektronisessa järjestelmässä (esimerkiksi äänitaajuusvahvistimissa).
Kaavio lämpömittarista diodilla.
Mikrokontrollerin lämpötila-anturit
Tällä hetkellä monet piirit on rakennettu mikrokontrollereille, ja tähän voidaan sisällyttää myös erilaisia lämpötilamittareita, joissa voidaan käyttää puolijohdeantureita, jos lämpötila niiden toiminnan aikana ei ylitä 125 ° C.
Koska lämpötilamittarit on kalibroitu tehtaalla, antureita ei tarvitse kalibroida ja säätää.Niistä saadut tulokset digitaalisen datan muodossa syötetään mikrokontrolleriin.
Vastaanotetun tiedon soveltaminen riippuu ohjaimen ohjelmistosisällöstä.
Tällaiset anturit voivat muun muassa toimia termostaattitilassa, eli (ennalta määrätyllä ohjelmalla) kytkeytyä päälle tai pois, kun tietty lämpötila saavutetaan.
Jos muut lämpötilan osoittimet kuitenkin tulevat viitteiksi, ohjelma on kirjoitettava uudelleen.
Muut sovellukset
Vaikka lämpötila-anturien valikoima on nykyään erittäin laaja, kukaan ei unohda niiden diodiversiota, jota käytetään usein sähkösilitysraudoissa, sähkötakoissa ja elektroniikassa sen laajimmassa merkityksessä.
Lämpötilaolosuhteiden rajoituksista huolimatta diodiantureilla on merkittäviä etuja:
- suhteellinen halpa;
- vaatimattomat mitat;
– mahtuu helposti suuri määrä elektronisia laitteita;
- erinomainen herkkyys ja tarkkuus.
Kaikkien näiden ominaisuuksien ansiosta tämän tyyppisten antureiden käyttöalue kasvaa vuosi vuodelta.
Kirjoita kommentteja, lisäyksiä artikkeliin, ehkä missasin jotain. Katso sivukartta, olen iloinen, jos löydät sivustoltani jotain muuta hyödyllistä.
Yksinkertainen elektroninen lämpömittari unijunction-transistorilla
kategoria
Radiopiirit kotiin
I. Nechaev. KurskRadio, 1992, nro 8, s. 17-18
Tässä artikkelissa puhumme mahdollisuudesta suunnitella laitteita lämpötilan mittaamiseksi etäältä - talon ulkopuolella tai esimerkiksi parvekkeella "vihanneskaupassa". On olemassa monia järjestelmiä, joiden avulla voit suorittaa tämän toiminnon, mutta Lämpötilaherkän anturin valinnassa on tiettyjä ominaisuuksia.
Yleensä radioamatöörit käyttävät termistoreita useimmiten tällaisten laitteiden suunnittelussa. Niillä on melko laaja lämpövastuskerroin (jäljempänä TCR) - jopa 8% astetta kohden. Se kuitenkin vaihtelee suuresti mitattujen lämpötilojen alueella. Jos voit sulkea silmäsi tältä kotilämpömittareilta, niin jos puhumme laajasta lämpötila-alueesta (esimerkiksi, kuten meidän tapauksessamme, välillä -40 astetta C - + 40 astetta C), tiettyjä ongelmia ilmenee mitta-asteikon asteikon jälkeen se yksinkertaisesti menettää lineaarisuuden.
Tiedämme myös, että minkä tahansa puolijohdelaitteen yleisin pn-liitos voi toimia lämpötila-anturina, mutta yksinkertaisen liitoksen TCH on hyvin pieni - enintään 0,3% astetta kohti, ja tämä vaatii lisävahvistuspiirien käyttöönottoa, mikä vaikeuttaa huomattavasti suunnittelua.
Kuten kokemus on osoittanut, KT117-tyyppiset unijunction-transistorit sopivat parhaiten käytettäväksi lämpötila-antureina (niitä käytettiin 2 \ 3 USCT-televisioiden virtalähteissä, eikä niitä ole vaikea löytää), jos kytket sen kuvan osoittamalla tavalla. kuvassa
Tällaisen sisällyttämisen seurauksena saamme termistorin, jonka resistanssi on 5 ... 10 kOhm ja CTS on noin 0,7 ... 0,9 % C-astetta kohti. Tässä tapauksessa laitteen asteikko on lineaarinen koko lämpötila-alue. Tämä unijunction-transistorin ominaisuus mahdollisti sen käytön lämpötila-anturina laitteessa, jonka piiri on esitetty kuvassa.
Tarkasteltavana olevan elektronisen lämpömittarin perustana on vastusten R2-R5 mittasilta, jonka toisessa haarassa on kytketty liitostransistori VT1. Sillan diagonaaliin asennetaan PA1-mikroampeerimittari, jonka keskellä on nolla. Täysaaltotasasuuntaaja voi toimia virtalähteenä, tätä tarkoitusta varten piiriin viedään parametrinen stabilisaattori VT2-transistorilla ja VD1-zener-diodi. Jos laitetta käytetään lyhyen aikaa (käynnistetään, katsottiin, sammutetaan), voidaan käyttää myös "Krona"-tyyppistä 9 voltin akkua, jolloin stabilointipiirit voidaan sulkea pois piiristä.
Laitteen olemus on seuraava: kaikki piirin vastukset ovat kiinteitä, vain lämpötila-anturin, jonka roolia transistori, vastus on muuttuva.Kun ympäristön lämpötila muuttuu, lämpötila-anturin läpi kulkeva virta muuttuu. Lisäksi virta muuttuu sekä ylöspäin lämpötilan noustessa että alaspäin lämpötilan laskiessa. Osoittautuu, että se pysyy vain valitsemalla mittasillan vastukset ja säätämällä viritysvastusta R1 asettamaan instrumentin lukemat nuoli nollaan 0 asteessa.
Kun asennat laitetta, voit käyttää seuraavia suosituksia - jääkaapin sulavaa jäätä voidaan käyttää viitteenä "nolla" lämpötilalle. Ei myöskään ole vaikeaa saada lämpötila 40 ... 50 astetta C. Voit yksinkertaisesti lämmittää uunin haluttuun lämpötilaan. Siten voit asettaa laitteen nolla-asennon ja maksimipositiivisen tekemällä tarvittavat merkit asteikolla. "Miinus"-merkki voidaan tehdä samalle etäisyydelle kuin "plus"-merkki, koska mittausasteikko on lineaarinen.
Kaikki lämpömittarin osat on asennettu yksipuolisesta folioteksoliitista valmistetulle piirilevylle, jonka luonnos on esitetty kuvassa.
Laitteen likimääräinen ulkonäkö on esitetty seuraavassa kuvassa.
Tähän lämpömittariin sopii parhaiten M4206-tyyppinen mikroampeerimittari 50 μA virralle ja nolla asteikon keskellä. Jos yhtäkkiä tätä laitetta ei ollut saatavilla, voit käyttää mitä tahansa muuta mikroampeerimittaria määritetylle virralle (mieluiten suurella mitta-asteikolla), mutta sitten piiriin on lisättävä lisäpainike, jotta voit ohjata positiivista ja negatiiviset lämpötilat erikseen, kuten kuvassa näkyy
No, lopulta: tarvittaessa laite voidaan varustaa useilla lämpötila-antureilla kytkemällä ne päälle seuraavan kaavion mukaisesti
Siten voimme ohjata lämpötilaa useissa kohteissa - esimerkiksi kotona ja kadulla.
Lämpöanturit MK-piirien transistoreissa
Puolijohdemateriaalien fyysinen luonne on sellainen, että niiden parametrit riippuvat melko voimakkaasti lämpötilasta. Perinteisissä vahvistinpiireissä tätä ilmiötä vastaan taistellaan, kun taas lämpötilamittareissa niitä päinvastoin kannustetaan.Esimerkiksi piitransistoreissa, joissa kollektorivirta on vakio, lämpötilan noustessa kantaemitterin jännite U^^^ pienenee teoreettinen kerroin 2,1 mV / °C. Todellinen muutos on verrannollinen suhteeseen 1000|mV|/Gx1 K], jossa Gx on väliaineen lämpötila Kelvin-asteikolla.
Laskuesimerkki. Olkoon vakiopiitransistorin kannan ja emitterin välinen jännite lämpötilassa 7;) = 20°C ^^^
Kun sen kotelon lämpötila nousee arvoon G, \u003d 35 ° C, tämä jännite laskee 49m V: i
Todellinen jännite voi poiketa hieman lasketusta transistorin toimintapisteen sijainnista ja sen tyypistä riippuen. Joka tapauksessa on suositeltavaa vähentää ja stabiloida /?-/7-liitoksen läpi kulkevaa virtaa kiteen itsekuumenemisen vaikutuksen eliminoimiseksi.
Riisi. 3.67. Kaaviot transistorin lämpöantureiden kytkemiseksi MK:hen:
a) lämpötilan mittaus alueella -30…+150°C. Lämpötila-anturi on VTI-transistori, jossa jännite (/[^e "ryömii" kertoimella noin 2 mV / °C. Vastukset R4 ja 7 asettavat lämpötila-alueen ja +3 V kalibrointijännitteen MK-tulossa huoneenlämpötila + 25 °C. Transistor VTI:ssä on metallikotelo, jonka pää voidaan puristaa lämmönkestäväksi muoviputkeksi ja koko rakennetta voidaan käyttää ulkoisena anturina tai anturina;
b) yksiliitostransistoriin VTI perustuva lämpötila-anturi varmistaa lämpötilamittauksen lineaarisuuden alueella 0…+ 100°С;
c) VTI-transistori on erityisesti käytetty pienikokoinen pinta-asennettu (SMD). Tämä on tarpeen anturin lämpöinertian vähentämiseksi. Esimerkiksi SMD-transistori siirtyy vakaaseen lämpötilaan minuutti 10 ° C:n lämpötilahypyn jälkeen (tyypillinen "suuri" transistori kestää useita kertoja kauemmin).Vastus /^/ tasapainottaa differentiaalipiiriä, joka koostuu transistoreista VTI, VT2\
Kuvassa 3.67, a ... d näyttää transistorin lämpöantureiden kytkentäkaaviot MK:hen.
d) transistorin VT1 rungossa on reikä, jonka läpi se voidaan kiinnittää ruuvilla mitattavan kohteen pintaan. Transistorin kollektori on kytketty sähköisesti sen runkoon, mikä on otettava huomioon asennuksessa. Lämpötilan muuntokerroin on suoraan verrannollinen vastusten R3/R2 suhteeseen (tässä piirissä noin 20 mV/°C).
Lämpöanturi E-core transistorissa
Tässä artikkelissa puhun bipolaarisen transistorin käyttämisestä lämpötila-anturina. Kuvaus annetaan sen käytön yhteydessä jäähdytyselementin (jäähdytyselementin) lämpötilan mittaamiseen.
Transistorin lämpötila-anturin tärkein etu on, että se tarjoaa hyvän lämpökontaktin patterin kanssa ja se on suhteellisen helppo kiinnittää siihen eikä bipolaarinen transistori ole kallis.
Alla on kaavio transistorin ja signaalinkäsittely-yksikön kytkemisestä päälle operaatiovahvistimessa. VT1 on transistori-lämpöanturi, joka on kiinnitetty jäähdyttimeen.
Transistoria käytetään tarkoituksella p-n-p-rakenteissa. jäähdytyselementti on usein kytketty piirin yhteiseen johtoon, ja TO-220-paketin transistorin kollektori on kytketty jäähdytyselementtiin, ja transistoria kiinnitettäessä ei tarvitse eristää sitä sähköisesti jäähdytyselementistä, mikä yksinkertaistaa suunnittelua entisestään.
Jännitteen pudotus p-n-liitoksen yli muuttuu sen lämpötilan noustessa jyrkkyydellä noin -2 mV/aste (eli laskee lämpötilan noustessa). Tällainen pieni jännitteen muutos ei ole kovin kätevää käsitellä ADC:tä, lisäksi se on kätevämpää, kun riippuvuus on suora, ts. lämpötilan noustessa lämpötilasignaali kasvaa.
Yllä oleva piiri biasoi, kääntää ja vahvistaa transistorin signaalia, mikä lisää lähtöjännitettä lämpötilan noustessa, ja toimii seuraavasti.
Jakajan R1R2 synnyttämästä vertailujännitteestä vähennetään transistorin yli oleva jännitehäviö ja vähennyksen tulosta vahvistetaan. Referenssijännite valitaan juuri transistorin jännitehäviön yläpuolelle 25 asteen lämpötilassa, mikä varmistaa, että jännite mitataan alle 25 astetta.
Piirin vahvistus määräytyy suhteella R5/R4 + 1 ja tälle piirille on 11. Lämpötilasignaalin lopullinen jyrkkyys on 2*11=22mV/aste. Lämpötilamittauksen varmistamiseksi 0 astetta alkaen lähtösignaalin tulee siis olla 25 asteessa vähintään 25*0,022=0,55V. Bias-jännitteen ylityksen transistorin pudotuksen yli 25 asteessa on oltava vähintään 0,05 V.
Jännitehäviö transistorin yli 25 asteessa on 0,5-0,6 V ja riippuu tietystä transistorin tyypistä ja sen läpi kulkevasta virrasta, ja on luultavasti mahdotonta valita viitejännitettä "lennossa", siksi virheenkorjausvaiheessa, on tarpeen valita vastukset R1R2 tietyntyyppiselle transistorille ja virta sen läpi transistorista toiseen, tämä arvo voi muuttua, mutta tämä voidaan jo korjata ohjelmistomenetelmin.
Transistorin läpi kulkeva virta määräytyy vastuksen R3 resistanssin mukaan, tässä piirissä virta on suunnilleen 15 mA. Suositeltu transistorin läpi kulkevan virran arvo on 10-20 mA.
Yllä oleva piiri on sovitettu ADC:lle, jonka vertailujännite on 3,3 V, mutta sitä voidaan käyttää myös 5 V:n referenssijännitteelle, tätä varten on tarpeen lisätä piirin vahvistusta vaaditun lämpötila-alueen perusteella.
R6VD1-elementteihin kootaan lähtöjännitteen rajoituspiiri hätätilanteissa, esimerkiksi transistorin johdon katkeamisen varalta. Jos op-vahvistimen syöttöjännite ei ylitä ADC:n vertailujännitettä, ne voidaan sulkea pois.
Mitä tahansa operaatiovahvistinta voidaan käyttää DA1:nä, joka tarjoaa toiminnan unipolaarisella virtalähteellä ja tulojännitteellä 0 V:sta. Esimerkiksi halpa ja yleinen LM358.
Transistorina voidaan käyttää mitä tahansa p-n-p-rakenteen ei-komposiittitransistoria.
