Eszköz és típusok
A termisztor egy félvezető eszköz, amelynek ellenállása a hőmérsékletétől függ. Az elem típusától függően az ellenállás emelkedhet vagy csökkenhet, ahogy felmelegszik. Kétféle termisztor létezik:
- NTC (negatív hőmérsékleti együttható) - negatív hőmérsékleti ellenállási együtthatóval (TCR). Gyakran "termisztoroknak" nevezik őket.
- PTC (pozitív hőmérsékleti együttható) - pozitív TCS-sel. „Pozistoroknak” is hívják őket.
Fontos! Az elektromos ellenállás hőmérsékleti együtthatója az ellenállás hőmérséklettől való függése. Leírja, hogy hány ohmmal vagy a névleges érték százalékával változik az elem ellenállása, ha hőmérséklete 1 Celsius-fokkal emelkedik
Például a hagyományos ellenállások pozitív TCR-rel rendelkeznek (hevítéskor a vezetők ellenállása nő).
A termisztorok alacsony hőmérsékletűek (170 K-ig), közepes hőmérsékletűek (170-510 K) és magas hőmérsékletűek (900-1300 K). Az elem teste készülhet műanyagból, üvegből, fémből vagy kerámiából.
Az ábrán a termisztorok szimbolikus grafikai jelölése a közönséges ellenállásokra hasonlít, és az egyetlen különbség az, hogy egy csíkkal vannak áthúzva, és mellette a t betű látható.
Egyébként így jelölnek minden olyan ellenállást, amelyek ellenállása a környezet hatására változik, és a befolyásoló mennyiségek típusát a betű jelzi, t a hőmérséklet.
Főbb jellemzők:
- Névleges ellenállás 25 Celsius fokon.
- Maximális áram- vagy teljesítménydisszisztálás.
- Működési hőmérséklet tartomány.
- TKS.
Érdekes tény: A termisztort Samuel Ruben tudós találta fel 1930-ban.
Nézzük meg közelebbről, hogyan működik, és mire való mindegyik.
mérések
|
|
|||||
|
A hőmérséklet mérésére félvezető diódák és tranzisztorok használhatók hőátalakítóként. Ennek az az oka, hogy az előrefelé folyó áram állandó értékénél, például egy dióda csomópontján keresztül, a csomópont feszültsége szinte lineárisan változik a hőmérséklettel. Ahhoz, hogy az áramérték állandó legyen, elegendő egy nagy aktív ellenállást sorba kapcsolni a diódával. Ebben az esetben a diódán áthaladó áram nem okozhatja annak felmelegedését. Egy ilyen hőmérséklet-érzékelő kalibrációs karakterisztikáját két pont segítségével lehet felépíteni - a mért hőmérséklet-tartomány elején és végén. Az 1. ábra a VD diódát használó hőmérsékletmérő áramkört mutatja. Az akkumulátor energiaforrásként szolgálhat.
Rizs. 1. A hőmérséklet mérési sémája dióda (a) és tranzisztorok (b, c) segítségével. A Bridge hangszedők lehetővé teszik az eszköz relatív érzékenységének növelését az érzékelő ellenállásának kezdeti értékének kompenzálásával. Hasonlóképpen, a hőmérséklet befolyásolja a tranzisztorok emitter-bázis átmenetének ellenállását. Ebben az esetben a tranzisztor egyszerre működhet hőmérséklet-érzékelőként és saját jelének erősítőjeként. Ezért a tranzisztorok hőérzékelőként való alkalmazása előnyt jelent a diódákkal szemben. Az 1b. ábra egy hőmérő áramkört mutat, amelyben egy tranzisztort (germánium vagy szilícium) használnak hőmérséklet-átalakítóként. Mind a diódákon, mind a tranzisztoros hőmérők gyártásánál kalibrációs karakterisztika kialakítása szükséges, míg a higanyhőmérő példaértékű mérőműszerként használható. A diódákon és tranzisztorokon lévő hőmérők tehetetlensége kicsi: diódán - 30 s, tranzisztoron - 60 s. Gyakorlatilag érdekes egy hídáramkör, amelynek egyik karjában tranzisztor található (1. ábra, c). Ebben az áramkörben az emitter csomópont az R4 híd egyik karjában található, a kollektorra kis blokkoló feszültség kerül.
Főbb címkék: dióda, tranzisztor, hőmérséklet |
|||||
|
|||||
|
|||||
Dióda, mint hőmérséklet-érzékelő - félvezető funkció
A dióda konfigurációjában a legegyszerűbb eszköz, amely félvezető tulajdonságokkal rendelkezik.
A dióda két szélső része (donor és akceptor) között helyezkedik el a tértöltési tartomány, egyébként: p-n-átmenet. Ez a „híd” biztosítja az elektronok áthatolását egyik részből a másikba, ezért az alkotó töltések eltérő elnevezése miatt a diódán belül meglehetősen kicsi, de mégis áram jelenik meg. Az elektronok mozgása a diódán keresztül csak egy irányban történik. Természetesen van fordított mozgás, de ez teljesen jelentéktelen, és amikor megpróbálunk áramforrást csatlakoztatni ebben az irányban, a diódát a fordított feszültség blokkolja. Ez növeli az anyag sűrűségét, és diffúzió következik be. Egyébként ez az oka annak, hogy a diódát félvezető szelepnek hívják (az egyik irányban mozgás van, a másikban nem).
Ha megpróbálja növelni a dióda hőmérsékletét, akkor a kisebbségi hordozók (a fő iránnyal ellentétes irányba mozgó elektronok) száma megnő, és a p-n átmenet összeomlik.
A dióda p-n átmenetén bekövetkező feszültségesés és magának a dióda hőmérséklete közötti kölcsönhatás elve szinte azonnal a tervezés után kiderült.
Ennek eredményeként a szilíciumdióda p-n átmenete a legegyszerűbb hőmérséklet-érzékelő. TKV (feszültség hőmérsékleti együtthatója) 3 millivolt Celsius-fokonként, az előremenő feszültségesési pontja pedig körülbelül 0,7 V.
A normál működéshez ez a feszültségszint szükségtelenül alacsony, ezért gyakran nem magát a diódát használják, hanem a tranzisztoros p-n átmeneteket alap feszültségosztóval kiegészítve.
Ennek eredményeként a kialakítás minőségében megfelel a diódák teljes sorozatának. Ennek eredményeként a feszültségesés-jelző sokkal nagyobb lehet, mint 0,7 V.
Mivel a dióda TCR (hőmérséklet-ellenállási együtthatója) negatív (-2mV / ° C), nagyon relevánsnak bizonyult a varicapsben való használatra, ahol az oszcillációs áramkör rezonanciafrekvenciájának stabilizátoraként játszik szerepet. . Hőmérséklet által szabályozott.
Dióda feszültségesési adatok
A digitális multiméter leolvasásának elemzésekor megjegyzendő, hogy a szilíciumdiódák pn-átmenet feszültségesésére vonatkozó adatok 690-700 mV, a germánium esetében pedig 400-450 mV (bár ez a típusú dióda gyakorlatilag nem jelenleg használatos). Ha a mérés során a dióda hőmérséklete emelkedik, akkor a multiméter adatai éppen ellenkezőleg csökkennek. Minél nagyobb a fűtési erő, annál nagyobb a digitális adatok csökkenése.
Általában ezt a tulajdonságot az elektronikus rendszerben végzett munkafolyamat stabilizálására használják (például hangfrekvenciás erősítőknél).
A hőmérő vázlata egy diódán.
Hőmérséklet érzékelők mikrokontrollerhez
Jelenleg sok áramkör épül mikrokontrollerre, és ide beépíthetők különféle hőmérsékletmérők is, amelyekben félvezető érzékelők használhatók, feltéve, hogy működésük során a hőmérséklet nem haladja meg a 125 ° C-ot.
Mivel a hőmérsékletmérőket gyárilag kalibrálják, nincs szükség az érzékelők kalibrálására és beállítására.A belőlük kapott eredmények digitális adatok formájában a mikrokontrollerbe kerülnek.
A kapott információk alkalmazása a vezérlő szoftver tartalmától függ.
Az ilyen érzékelők többek között termosztatikus üzemmódban is működhetnek, azaz (előre meghatározott programmal) egy bizonyos hőmérséklet elérésekor be- vagy kikapcsolnak.
Ha azonban más hőmérsékletjelzők referenciaként szolgálnak, a programot át kell írni.
Egyéb alkalmazások
Bár manapság igen széles a hőmérséklet-érzékelők választéka, senki sem feledkezik meg diódaváltozatukról, amelyet gyakran használnak az elektromos vasalókban, elektromos kandallókban és a tágabb értelemben vett elektronikában.
A hőmérsékleti viszonyok korlátai ellenére a dióda érzékelőknek jelentős előnyei vannak:
- relatív olcsóság;
- szerény méretek;
- könnyen beilleszthető hatalmas számú elektronikus eszköz;
- Kiváló érzékenység és pontosság.
Mindezen tulajdonságoknak köszönhetően az ilyen típusú érzékelők alkalmazási területe évről évre bővül.
Írj megjegyzéseket, kiegészítéseket a cikkhez, lehet, hogy kihagytam valamit. Vessen egy pillantást az oldaltérképre, örülök, ha talál még valami hasznosat az oldalamon.
Egyszerű elektronikus hőmérő unijunkciós tranzisztoron
kategória
Rádió áramkörök otthonra
I. Nechaev. KurskRadio, 1992, 8. szám, 17-18
Ebben a cikkben szó lesz a hőmérséklet távoli mérésére szolgáló eszközök tervezésének lehetőségéről - a házon kívül vagy mondjuk egy erkélyes „zöldségboltban”. Sok olyan rendszer létezik, amely lehetővé teszi ennek a funkciónak a végrehajtását, de vannak bizonyos jellemzők a hőmérséklet-érzékeny érzékelő kiválasztásakor.
Általában a legtöbb esetben az ilyen eszközök tervezésekor a rádióamatőrök a termisztorokat leggyakrabban használják. Meglehetősen széles hőellenállási együtthatójuk van (a továbbiakban: TCR) - fokonként akár 8%. A mért hőmérsékleti zónában azonban erősen változik. Ha az otthoni hőmérőknél becsukhatja a szemét erre a tényre, akkor ha széles hőmérséklet-tartományról beszélünk (például, mint esetünkben, -40 ° C és + 40 ° C között), akkor bizonyos problémák merülnek fel a A mérőskála beosztása egyszerűen elveszíti linearitását.
Azt is tudjuk, hogy bármely félvezető eszköz leggyakoribb pn átmenete hőmérséklet-érzékelőként szolgálhat, azonban egy egyszerű csomópont TCH-ja nagyon kicsi - nem több, mint 0,3% fokonként, és ehhez további erősítő áramkörök bevezetése szükséges, ami nagyban bonyolítja a tervezést.
A tapasztalatok szerint a KT117 típusú unijunction tranzisztorok a legalkalmasabbak hőmérséklet-érzékelőként való használatra (2 \ 3 USCT TV-k tápegységeiben használták, és nem lesz nehéz megtalálni őket), ha az ábrán látható módon csatlakoztatja. a képen
Az ilyen beépítés eredményeként egy 5 ... 10 kOhm ellenállású termisztort kapunk, amelynek CTS-értéke körülbelül 0,7 ... 0,9% C fokonként. Ebben az esetben az eszköz skálája lineáris lesz a teljes hőmérsékleti tartományban. Az unijunkciós tranzisztor ezen tulajdonsága lehetővé tette, hogy hőmérséklet-érzékelőként használjuk egy olyan készülékben, amelynek áramköre az ábrán látható.
A vizsgált elektronikus hőmérő alapja egy mérőhíd az R2-R5 ellenállásokon, amelynek egyik karjába egy VT1 unijunkciós tranzisztor van csatlakoztatva. A híd átlójában egy PA1 mikroampermérő van beépítve, középen nullával. Teljes hullámú egyenirányító szolgálhat áramforrásként, erre a célra egy VT2 tranzisztoron lévő parametrikus stabilizátor és egy VD1 zener dióda kerül az áramkörbe. Ha a készüléket rövid ideig üzemeltetjük (bekapcsoljuk, nézzük, kikapcsoljuk), akkor egy „Krona” típusú 9 voltos akkumulátor is használható, ilyenkor a stabilizáló áramkörök kizárhatók az áramkörből.
Az eszköz lényege a következő: az áramkör összes ellenállása rögzített, csak a hőmérséklet-érzékelő ellenállása, amelynek szerepét a tranzisztor tölti be, változtatható.Amikor a környezeti hőmérséklet megváltozik, a hőmérséklet-érzékelőn áthaladó áram megváltozik. Sőt, az áramerősség a hőmérséklet emelkedésével felfelé, a hőmérséklet csökkenésével lefelé is változik, kiderül, hogy csak a mérőhíd ellenállásainak kiválasztásával és az R1 hangolóellenállás beállításával a műszer leolvasott értékei maradnak. a nyíl nullára 0 C fokon.
A készülék üzembe helyezésekor a következő ajánlásokat használhatja - a hűtőszekrényből olvadó jég referenciaként használható a "nulla" hőmérsékletre. Szintén nem nehéz 40 ... 50 fokos hőmérsékletet elérni. Egyszerűen felmelegítheti a sütőt a kívánt hőmérsékletre. Így a skálán a megfelelő jelölésekkel beállíthatja a készülék nulla pozícióját és a maximum pozitívot. A „mínusz” jelölés a „plusz” jelzéssel azonos távolságra tehető, mert a mérési skála lineáris lesz.
A hőmérő minden alkatrésze egyoldalas fóliatextolitból készült nyomtatott áramköri lapra van felszerelve, melynek vázlata az ábrán látható.
A készülék hozzávetőleges megjelenése a következő ábrán látható.
Ehhez a hőmérőhöz az M4206 típusú mikroampermérő a legalkalmasabb 50 μA áramerősséghez, nullával a skála közepén. Ha hirtelen ez az eszköz nem volt elérhető, akkor bármilyen más mikroampermérőt használhat a megadott áramerősséghez (lehetőleg nagy mérőskálával), de akkor egy további gombot kell bevinni az áramkörbe, hogy lehetséges legyen a pozitív és negatív hőmérsékleteket külön-külön, az ábrán látható módon
Nos, a végén: ha szükséges, a készülék több hőmérséklet-érzékelővel is felszerelhető, ha bekapcsolja őket az alábbi séma szerint
Így több tárgyban is szabályozhatjuk a hőmérsékletet - például otthon és az utcán.
Hőérzékelők tranzisztorokon MK áramkörökben
A félvezető anyagok fizikai természete olyan, hogy paramétereik erősen függnek a hőmérséklettől. A hagyományos erősítő áramkörökben ez ellen a jelenség ellen küzdenek, míg a hőmérsékletmérőkben éppen ellenkezőleg, ösztönzik őket.Például az állandó kollektoráramú szilícium tranzisztoroknál a hőmérséklet emelkedésével az U^^^ bázis-emitter feszültsége csökken elméleti együtthatója 2,1 mV / °C. A tényleges változás arányos az 1000|mV|/Gx1 K] aránnyal, ahol Gx a közeg hőmérséklete a Kelvin-skálán.
Számítási példa. Legyen egy szabványos szilícium tranzisztor bázisa és emittere közötti feszültség 7;) = 20°C hőmérsékleten ^^^
Ha a ház hőmérséklete G-re, \u003d 35 ° C-ra nő, ez a feszültség 49 m V-tal csökken: i
A tényleges feszültség kissé eltérhet a számítotttól, a tranzisztor működési pontjának helyzetétől és típusától függően. Mindenesetre javasolt a /?-/7-es átmeneten átfolyó áram csökkentése és stabilizálása a kristály önmelegedésének hatásának kiküszöbölése érdekében.
Rizs. 3.67. Sémák a tranzisztoros hőérzékelők csatlakoztatására az MK-hoz:
a) hőmérsékletmérés -30…+150°C tartományban. A hőmérséklet-érzékelő a VTI tranzisztor, amelyben a feszültség (/[^e "sodródik" körülbelül 2 mV / ° C együtthatóval. Az R4 és 7 ellenállások beállítják a hőmérséklet-tartományt és a +3 V kalibrációs feszültséget az MK bemeneten szobahőmérséklet + 25 ° C. A VTI tranzisztor fém házzal rendelkezik, melynek vége hőálló műanyag csőbe préselhető és a teljes szerkezet külső szondaként vagy szondaként használható;
b) egy VTI egycsontosságú tranzisztorra épülő hőmérséklet-érzékelő 0…+ 100°С tartományban biztosítja a hőmérsékletmérés linearitását;
c) A VTI tranzisztor speciálisan használt kisméretű felületre szerelt (SMD). Ez az érzékelő hőtehetetlenségének csökkentése érdekében szükséges. Például egy SMD tranzisztor egy perccel a 10 ° C-os hőmérsékletugrás után stabil termikus üzemmódba lép (egy tipikus „nagy” tranzisztor többszöröse tovább tart).A /^/ ellenállás kiegyensúlyozza a VTI, VT2 tranzisztorokból álló differenciál áramkört
ábrán A 3.67, a ... d a tranzisztoros hőérzékelők MK-hoz való csatlakozási rajzait mutatja.
d) a VT1 tranzisztor testén egy lyuk van, amin keresztül csavarral rögzíthető a mérendő tárgy felületére. A tranzisztor kollektora elektromosan csatlakozik a testéhez, amit a szerelés során figyelembe kell venni. A hőmérséklet-átalakítási együttható egyenesen arányos az R3/R2 ellenállások arányával (ebben az áramkörben kb. 20 mV/°C).
Hőérzékelő az E-magos tranzisztoron
Ebben a cikkben a bipoláris tranzisztor hőmérséklet-érzékelőként való használatáról fogok beszélni. A leírást a hűtőborda (hűtőborda) hőmérsékletének mérésére való felhasználásának összefüggésében adjuk meg.
A tranzisztoron lévő hőmérséklet érzékelő fő előnye, hogy jó hőkontaktust biztosít a radiátorral és viszonylag könnyen rögzíthető rá, és a bipoláris tranzisztor sem drága.
Az alábbiakban egy tranzisztor és egy jelfeldolgozó egység bekapcsolásának diagramja látható egy műveleti erősítőn. A VT1 a tranzisztor-hőmérséklet érzékelő, amely a radiátorhoz van rögzítve.
A tranzisztort szándékosan használják p-n-p struktúrákban. a hűtőborda gyakran az áramkör közös vezetékére csatlakozik, a TO-220 csomagban lévő tranzisztor kollektora pedig a hűtőbordához csatlakozik, és a tranzisztor csatlakoztatásakor nem kell elektromosan leválasztani a hűtőbordáról, ami tovább egyszerűsíti a tervezést.
A p-n átmenet feszültségesése a hőmérséklet növekedésével körülbelül -2 mV / fokos meredekséggel változik (azaz csökken a hőmérséklet emelkedésével). Egy ilyen kis feszültségváltozás nem túl kényelmes az ADC feldolgozásához, ráadásul kényelmesebb, ha a függőség közvetlen, pl. a hőmérséklet emelkedésével a hőmérsékleti jel növekszik.
A fenti áramkör előfeszíti, megfordítja és felerősíti a tranzisztorból érkező jelet, így a hőmérséklet emelkedésével a kimeneti feszültség növekedését biztosítja, és a következőképpen működik.
Az R1R2 osztó által generált referenciafeszültségből kivonjuk a tranzisztoron átívelő feszültségesést, és a kivonás eredményét felerősítjük. A referenciafeszültséget közvetlenül a tranzisztoron 25 fokos hőmérsékleten bekövetkező feszültségesés fölé választják, ami biztosítja, hogy a feszültség 25 fok alatt legyen mérve.
Az áramkör erősítését az R5/R4 + 1 arány határozza meg, és ennél az áramkörnél 11. A hőmérsékleti jel végső meredeksége 2*11=22mV/fok. Így a 0 fokos hőmérsékletmérés biztosításához a kimenő jelnek 25 fokon legalább 25*0,022=0,55V-nak kell lennie. Az előfeszítő feszültség túllépése a tranzisztor 25 fokos esése felett legalább 0,05 V legyen.
A feszültségesés a tranzisztoron 25 fokon 0,5-0,6 V, és az adott tranzisztor típusától és a rajta áthaladó áramtól függ, és valószínűleg lehetetlen „menet közben” kiválasztani a referenciafeszültséget, ezért a hibakeresési szakaszban ki kell választani egy adott típusú tranzisztorhoz az R1R2 ellenállásokat és az azon áthaladó áramot, egyik tranzisztorról a másikra, ez az érték változhat, de ez már szoftveres módszerekkel korrigálható.
A tranzisztoron áthaladó áramot az R3 ellenállás ellenállása határozza meg, ebben az áramkörben az áram körülbelül 15 mA. A tranzisztoron áthaladó áram ajánlott értéke 10-20 mA.
A fenti áramkör 3,3 V-os referenciafeszültségű ADC-hez van adaptálva, de használható 5 V-os referenciafeszültségre is, ehhez az áramkör erősítését kell növelni, a kívánt hőmérsékleti tartomány alapján.
Az R6VD1 elemeken egy kimeneti feszültség korlátozó áramkör van összeszerelve vészhelyzet esetén, például a tranzisztor vezetékszakadása esetén. Ha az op-amp tápfeszültsége nem haladja meg az ADC referenciafeszültségét, akkor ezek kizárhatók.
DA1-ként bármilyen műveleti erősítő használható, amely egypólusú tápegységgel és 0 V-tól bemeneti feszültséggel működik. Például az olcsó és általános LM358.
Tranzisztorként bármilyen p-n-p szerkezetű, nem kompozit tranzisztor használható.
