מכשיר וסוגים
תרמיסטור הוא מכשיר מוליכים למחצה שהתנגדותו תלויה בטמפרטורה שלו. בהתאם לסוג האלמנט, ההתנגדות עשויה לעלות או לרדת כשהיא מתחממת. ישנם שני סוגים של תרמיסטורים:
- NTC (מקדם טמפרטורה שלילי) - עם מקדם טמפרטורה שלילי של התנגדות (TCR). לעתים קרובות הם מכונים "תרמיסטורים".
- PTC (מקדם טמפרטורה חיובי) - עם TCS חיובי. הם נקראים גם "פוזיסטורים".
חָשׁוּב! מקדם הטמפרטורה של ההתנגדות החשמלית הוא התלות של ההתנגדות בטמפרטורה. מתאר כמה אוהם או אחוז מהערך הנומינלי משתנה ההתנגדות של היסוד כאשר הטמפרטורה שלו עולה במעלה אחת צלזיוס
לדוגמה, נגדים קונבנציונליים יש TCR חיובי (כאשר הם מחוממים, ההתנגדות של המוליכים עולה).
תרמיסטורים הם בטמפרטורה נמוכה (עד 170K), טמפרטורה בינונית (170-510K) וטמפרטורה גבוהה (900-1300K). גוף האלמנט יכול להיות עשוי מפלסטיק, זכוכית, מתכת או קרמיקה.
הייעוד הגרפי הסמלי של תרמיסטורים בתרשים דומה לנגדים רגילים, וההבדל היחיד הוא שהם מחוצים בפס ולידו מצוינת האות t.
אגב, כך מיועדים נגדים כלשהם, שהתנגדותם משתנה בהשפעת הסביבה, וסוג הכמויות המשפיעות מצוין באות t היא טמפרטורה.
מאפיינים עיקריים:
- התנגדות מדורגת ב-25 מעלות צלזיוס.
- זרם או פיזור הספק מקסימלי.
- טווח טמפרטורות הפעלה.
- TKS.
עובדה מעניינת: התרמיסטור הומצא בשנת 1930 על ידי המדען סמואל רובן.
בואו נסתכל מקרוב על איך זה עובד ולמה כל אחד מהם מיועד.
מידות
|
|
|||||
|
כדי למדוד טמפרטורה, דיודות מוליכים למחצה וטרנזיסטורים יכולים לשמש כממירים תרמיים. הסיבה לכך היא שבערך קבוע של זרם הזורם בכיוון קדימה, למשל, דרך צומת של דיודה, המתח בצומת משתנה כמעט באופן ליניארי עם הטמפרטורה. כדי שהערך הנוכחי יהיה קבוע, מספיק לכלול התנגדות פעילה גדולה בסדרה עם הדיודה. במקרה זה, הזרם העובר דרך הדיודה לא אמור לגרום לה להתחמם. אפשר לבנות מאפיין כיול של חיישן טמפרטורה כזה באמצעות שתי נקודות - בתחילת ובסופו של טווח הטמפרטורות הנמדד. איור 1, א מציג את מעגל מדידת הטמפרטורה באמצעות דיודת VD. סוללה יכולה לשמש כמקור כוח.
אורז. 1. תכנית למדידת טמפרטורה באמצעות דיודה (א) וטרנזיסטורים (ב, ג). טנדר גשר מאפשר לך להגדיל את הרגישות היחסית של המכשיר על ידי פיצוי הערך ההתחלתי של התנגדות החיישן. באופן דומה, הטמפרטורה משפיעה על ההתנגדות של מעבר פולט-בסיס של טרנזיסטורים. במקרה זה, הטרנזיסטור יכול לפעול בו זמנית הן כחיישן טמפרטורה והן כמגבר של האות שלו. לכן, לשימוש בטרנזיסטורים כחיישנים תרמיים יש יתרון על פני דיודות. איור 1b מציג מעגל מדחום שבו טרנזיסטור (גרמניום או סיליקון) משמש כממיר טמפרטורה. בייצור של מדי חום הן על דיודות והן על טרנזיסטורים, נדרש לבנות מאפיין כיול, בעוד מדחום כספית יכול לשמש כמכשיר מדידה למופת. האינרציה של מדי חום על דיודות וטרנזיסטורים קטנה: על דיודה - 30 שניות, על טרנזיסטור - 60 שניות. עניין מעשי הוא מעגל גשר עם טרנזיסטור באחת הזרועות (איור 1, ג). במעגל זה, צומת הפולט כלול באחת מזרועות הגשר R4, מתח חסימה קטן מופעל על הקולט.
תגי מפתח: דיודה, טרנזיסטור, טמפרטורה |
|||||
|
|||||
|
|||||
דיודה כחיישן טמפרטורה - פונקציית מוליכים למחצה
דיודה היא המכשיר הפשוט ביותר בתצורתו שיש לו תכונות של מוליך למחצה.
בין שני הקצוות של הדיודה (תורם ומקבל) נמצא אזור מטען החלל, אחרת: צומת p-n. "גשר" זה מבטיח חדירת אלקטרונים מחלק אחד למשנהו, לכן, בשל השמות השונים של המטענים המרכיבים אותו, מופיע זרם קטן למדי, אך עדיין, בתוך הדיודה. תנועת האלקטרונים דרך הדיודה מתרחשת רק בכיוון אחד. כמובן שיש תנועה הפוכה, אבל היא חסרת משמעות לחלוטין, וכאשר מנסים לחבר מקור כוח בכיוון זה, הדיודה נחסמת במתח הפוך. זה מגביר את צפיפות החומר ומתרחשת דיפוזיה. אגב, מסיבה זו הדיודה נקראת שסתום מוליכים למחצה (יש תנועה בכיוון אחד, אך לא בכיוון השני).
אם תנסה להעלות את הטמפרטורה של הדיודה, מספר נושאי המיעוט (אלקטרונים הנעים בכיוון ההפוך לכיוון הראשי) יגדל, וצומת p-n יתחיל לקרוס.
עקרון האינטראקציה בין מפל המתח על פני צומת ה-p-n של הדיודה לבין הטמפרטורה של הדיודה עצמה נחשף כמעט מיד לאחר שתוכננה.
כתוצאה מכך, צומת p-n של דיודת סיליקון הוא חיישן הטמפרטורה הפשוט ביותר. ה-TKV (מקדם טמפרטורת המתח) שלו הוא 3 מילי-וולט למעלה צלזיוס, ונקודת ירידת המתח קדימה היא בערך 0.7V.
עבור פעולה רגילה, רמת מתח זו נמוכה שלא לצורך, לכן, לעתים קרובות לא נעשה שימוש בדיודה עצמה, אלא בצמתי p-n של טרנזיסטור עם מחלק מתח בסיסי.
כתוצאה מכך, העיצוב באיכויותיו מתאים לכל רצף הדיודות. כתוצאה מכך, מחוון נפילת המתח יכול להיות גדול בהרבה מ-0.7V.
מכיוון ש-TCR (מקדם התנגדות טמפרטורה) של הדיודה הוא שלילי (-2mV / ° C), התברר שהוא רלוונטי מאוד לשימוש ב-varicaps, שם הוא משחק את התפקיד של מייצב של תדר התהודה של המעגל המתנודד. . נשלט על ידי טמפרטורה.
נתוני נפילת מתח דיודה
כאשר מנתחים את הקריאות של מולטימטר דיגיטלי, ניתן לציין שהנתונים על ירידת המתח על פני צומת pn עבור דיודות סיליקון הם 690-700 mV, ועבור גרמניום - 400-450 mV (אם כי סוג זה של דיודה הוא למעשה לא בשימוש כרגע). אם במהלך המדידה הטמפרטורה של הדיודה עולה, אז נתוני המולטימטר, להיפך, יפחתו. ככל שכוח החימום גדול יותר, כך הירידה בנתונים הדיגיטליים גדולה יותר.
בדרך כלל מאפיין זה משמש לייצוב תהליך העבודה במערכת אלקטרונית (לדוגמה, עבור מגברי תדר שמע).
ערכת מדחום על דיודה.
חיישני טמפרטורה למיקרו-בקר
נכון לעכשיו, מעגלים רבים בנויים על מיקרו-בקרים, וניתן לכלול כאן גם מדי טמפרטורה שונים, בהם ניתן להשתמש בחיישני מוליכים למחצה, בתנאי שהטמפרטורה במהלך פעולתם לא תעלה על 125 מעלות צלזיוס.
מאחר שמדי הטמפרטורה מכוילים במפעל, אין צורך בכיול והתאמת החיישנים.התוצאות המתקבלות מהן בצורה של נתונים דיגיטליים מוזנות למיקרו-בקר.
היישום של המידע שהתקבל תלוי בתוכן התוכנה של הבקר.
בין היתר, חיישנים כאלה יכולים לפעול במצב תרמוסטטי, כלומר (בתוכנית מוגדרת מראש) להפעיל או לכבות כאשר מגיעים לטמפרטורה מסוימת.
עם זאת, אם מחווני טמפרטורה אחרים הופכים לייחוס, התוכנית תצטרך להיכתב מחדש.
יישומים אחרים
למרות שכיום מבחר חיישני הטמפרטורה רחב מאוד, אף אחד לא שוכח את גרסת הדיודה שלהם, המשמשת לרוב במגהצים חשמליים, קמינים חשמליים ואלקטרוניקה במובן הרחב ביותר.
למרות המגבלות בתנאי הטמפרטורה, לחיישני דיודה יש את היתרונות המשמעותיים שלהם:
- זולות יחסית;
- ממדים צנועים;
- להתאים בקלות מספר עצום של מכשירים אלקטרוניים;
- רגישות ודיוק מצוינים.
הודות לכל התכונות הללו, תחום היישום של חיישנים מסוג זה הולך וגדל משנה לשנה.
כתבו הערות, תוספות לכתבה, אולי פספסתי משהו. תסתכל על מפת האתר, אני אשמח אם תמצא עוד משהו שימושי באתר שלי.
מדחום אלקטרוני פשוט על טרנזיסטור חד-צוק
קטגוריה
מעגלי רדיו לבית
I. Nechaev. קורסקרדיו, 1992, מס' 8, עמ' 17-18
במאמר זה נדבר על האפשרות לתכנן מכשירים למדידת טמפרטורה ממרחק - מחוץ לבית או, למשל, במרפסת "חנות ירקות". יש הרבה תוכניות המאפשרות לך לבצע את הפונקציה הזו, אבל ישנן תכונות מסוימות בעת בחירת חיישן רגיש לטמפרטורה.
ככלל, ברוב המקרים, בעת תכנון מכשירים כאלה, תרמיסטורים משמשים לרוב על ידי חובבי רדיו. יש להם מקדם התנגדות תרמית רחב למדי (להלן TCR) - עד 8% למעלה. עם זאת, זה משתנה מאוד באזור הטמפרטורות הנמדדות. אם עבור מדחום ביתי אתה יכול לעצום את עיניך לעובדה זו, אז אם אנחנו מדברים על טווח טמפרטורות רחב (למשל, כמו במקרה שלנו, מ -40 מעלות צלזיוס עד + 40 מעלות צלזיוס), אז מתעוררות בעיות מסוימות עם סיום מכשיר סולם המדידה, הוא פשוט יאבד את הליניאריות שלו.
אנו גם יודעים שצומת ה-pn הנפוץ ביותר של כל מכשיר מוליכים למחצה יכול לשמש כחיישן טמפרטורה, אולם, ה-TCH של צומת פשוט קטן מאוד - לא יותר מ-0.3% למעלה, וזה מצריך הכנסת מעגלי הגברה נוספים, מה שמקשה מאוד על העיצוב.
כפי שהוכיח הניסיון, טרנזיסטורים חד-חיבוריים מסוג KT117 מתאימים ביותר לשימוש כחיישן טמפרטורה (הם שימשו בספקי הכוח של 2\3 טלוויזיות USCT ולא יהיה קשה למצוא אותם) אם תחבר אותו כפי שמוצג בתמונה
כתוצאה מהכללה כזו, אנו מקבלים תרמיסטור עם התנגדות של 5 ... 10 קילו אוהם עם CTS של כ 0.7 ... 0.9% לכל מעלות C. במקרה זה, קנה המידה של המכשיר יהיה ליניארי על פני כל טווח הטמפרטורות. תכונה זו של טרנזיסטור חד-צוק אפשרה להשתמש בו כחיישן טמפרטורה במכשיר, שהמעגל שלו מוצג באיור.
הבסיס של המדחום האלקטרוני הנחשב הוא גשר מדידה על נגדים R2-R5 בזרוע אחת שלו מחובר טרנזיסטור חד-צוק VT1. באלכסון של הגשר מותקן מיקרו-אמפר PA1 עם אפס באמצע. מיישר גל מלא יכול לשמש כמקור כוח; למטרה זו מוכנס למעגל מייצב פרמטרי על טרנזיסטור VT2 ודיודת זנר VD1. אם המכשיר יופעל לזמן קצר (מופעל, נראה, כבוי), אז ניתן להשתמש גם בסוללת 9 וולט מסוג "Krona", ובמקרה זה ניתן להוציא את מעגלי הייצוב מהמעגל.
המהות של המכשיר היא כדלקמן: כל הנגדים במעגל קבועים, רק ההתנגדות של חיישן הטמפרטורה, שתפקידו ממלא הטרנזיסטור, משתנה.כאשר טמפרטורת הסביבה משתנה, הזרם דרך חיישן הטמפרטורה ישתנה. יתרה מכך, הזרם ישתנה הן כלפי מעלה עם עליית הטמפרטורה, והן כלפי מטה עם ירידת הטמפרטורה. מסתבר שהוא נשאר רק ע"י בחירת הנגדים של גשר המדידה והתאמת נגד הכוונון R1 לקביעת קריאות המכשיר. חץ לאפס ב-0 מעלות צלזיוס.
בעת הגדרת המכשיר, ניתן להיעזר בהמלצות הבאות - ניתן להשתמש בהמסת קרח מהמקרר כאסמכתא לטמפרטורת "אפס". זה גם לא קשה להגיע לטמפרטורה של 40 ... 50 מעלות C. אתה יכול פשוט לחמם את התנור לטמפרטורה הרצויה. לפיכך, אתה יכול להגדיר את מיקום האפס של המכשיר ואת החיובי המקסימלי על ידי ביצוע הסימנים המתאימים על הסולם. ניתן לעשות את הסימון "מינוס" באותו מרחק כמו סימן ה"פלוס", מכיוון שסולם המדידה יהיה ליניארי.
כל חלקי המדחום מותקנים על לוח מעגלים מודפס עשוי טקסטוליט נייר כסף חד צדדי, שסקיצה שלו מוצגת באיור.
מראה משוער של המכשיר מוצג באיור הבא.
עבור מדחום זה מתאים ביותר מיקרו-אמפר מסוג M4206 לזרם של 50 מיקרו-אמפר עם אפס באמצע הסולם. אם פתאום המכשיר הזה לא היה זמין, אז אתה יכול להשתמש בכל מיקרו-אמפר אחר עבור הזרם שצוין (רצוי עם סולם מדידה גדול), אבל אז יהיה צורך להכניס לחצן נוסף למעגל כדי שיהיה אפשר לשלוט חיובי ו טמפרטורות שליליות בנפרד, כפי שמוצג באיור
ובכן, בסופו של דבר: במידת הצורך, המכשיר יכול להיות מצויד במספר חיישני טמפרטורה על ידי הפעלתם על פי הסכימה הבאה
כך, נוכל לשלוט בטמפרטורה במספר חפצים – למשל בבית וברחוב.
חיישנים תרמיים על טרנזיסטורים במעגלי MK
האופי הפיזי של חומרים מוליכים למחצה הוא כזה שהפרמטרים שלהם תלויים מאוד בטמפרטורה. במעגלי הגברה קונבנציונליים נלחמים בתופעה זו, בעוד שבמדדי טמפרטורה, להיפך, מעודדים אותם, למשל, בטרנזיסטורי סיליקון עם זרם אספן קבוע, עם עליית הטמפרטורה, מתח הבסיס-פולט U^^^ יורד עם מקדם תיאורטי של 2.1 mV / ° C. השינוי בפועל הוא פרופורציונלי ליחס 1000|mV|/Gx1 K], כאשר Gx היא הטמפרטורה הבינונית בסולם קלווין.
דוגמא חישוב. תן למתח בין הבסיס והפולט של טרנזיסטור סיליקון סטנדרטי בטמפרטורה של 7;) = 20°C להיות ^^^
עם עלייה בטמפרטורה של המקרה שלו ל-G, \u003d 35 מעלות צלזיוס, מתח זה יורד ב-49m V: i
המתח בפועל עשוי להיות שונה מעט מזה המחושב, בהתאם למיקום נקודת הפעולה של הטרנזיסטור וסוגו. בכל מקרה, מומלץ להפחית ולייצב את הזרם הזורם בצומת /?-/7 על מנת לבטל את השפעת החימום העצמי של הגביש.
אורז. 3.67. ערכות לחיבור חיישנים טרמיים טרנזיסטורים ל-MK:
א) מדידת טמפרטורה בטווח של -30...+150 מעלות צלזיוס. חיישן הטמפרטורה הוא טרנזיסטור VTI, שבו המתח (/[^e "נסחף" עם מקדם של כ-2 mV/°C. נגדים R4 ו-7 קובעים את טווח הטמפרטורות ומתח הכיול +3 V בכניסת MK ב- טמפרטורת החדר + 25 מעלות צלזיוס. לטרנזיסטור VTI יש מארז מתכת, שקצהו ניתן ללחוץ לתוך צינור פלסטיק עמיד בחום והמבנה כולו יכול לשמש כבדיקה חיצונית או בדיקה;
ב) חיישן טמפרטורה המבוסס על טרנזיסטור חד-צומת VTI מבטיח ליניאריות של מדידת טמפרטורה בטווח של 0...+ 100°С;
ג) טרנזיסטור VTI נמצא בשימוש מיוחד, מותקן משטח קטן בגודל קטן (SMD). זה הכרחי כדי להפחית את האינרציה התרמית של החיישן. לדוגמה, טרנזיסטור SMD נכנס למשטר תרמי יציב דקה לאחר קפיצת טמפרטורה של 10 מעלות צלזיוס (טרנזיסטור "גדול" טיפוסי לוקח יותר פי כמה).הנגד /^/ מאזן את המעגל הדיפרנציאלי המורכב מטרנזיסטורים VTI, VT2\
על איור. 3.67, a ... d מציג את דיאגרמות החיבור של חיישנים תרמיים טרנזיסטורים ל-MK.
ד) לטרנזיסטור VT1 יש חור בגופו, שדרכו ניתן לקבע אותו באמצעות בורג על פני האובייקט הנמדד. האספן של הטרנזיסטור מחובר חשמלית לגופו, דבר שיש לקחת בחשבון במהלך ההתקנה. מקדם המרת הטמפרטורה עומד ביחס ישר ליחס הנגדים R3/R2 (במעגל זה, כ-20 mV/°C).
חיישן תרמי על טרנזיסטור ליבה אלקטרונית
במאמר זה אדבר על שימוש בטרנזיסטור דו קוטבי כחיישן טמפרטורה. התיאור ניתן בהקשר של שימוש בו למדידת טמפרטורה של גוף קירור (גוף קירור).
היתרון העיקרי של חיישן הטמפרטורה בטרנזיסטור הוא בכך שהוא מספק מגע תרמי טוב עם הרדיאטור וקל יחסית לקבע אותו עליו והטרנזיסטור הדו קוטבי לא יקר.
להלן תרשים של הפעלת טרנזיסטור ויחידת עיבוד אותות על מגבר הפעלה. VT1 הוא החיישן התרמי הטרנזיסטור, המחובר לרדיאטור.
הטרנזיסטור משמש בכוונה במבנים p-n-p. גוף הקירור מחובר לעתים קרובות לחוט המשותף של המעגל, והקולטן של הטרנזיסטור בחבילת TO-220 מחובר לגוף הקירור, וכאשר מחברים את הטרנזיסטור, אין צורך לבודד אותו חשמלית מגוף הקירור, מה שמפשט עוד יותר את העיצוב.
ירידת המתח על פני צומת p-n משתנה עם עלייה בטמפרטורה שלו עם תלילות של כ-2 mV/מעלה (כלומר, יורדת עם עליית הטמפרטורה). שינוי מתח קטן כזה אינו נוח במיוחד לעיבוד ה-ADC, יתר על כן, הוא נוח יותר כאשר התלות היא ישירה, כלומר. ככל שהטמפרטורה עולה, אות הטמפרטורה עולה.
המעגל לעיל מטה, הופך ומגביר את האות מהטרנזיסטור, מספק עלייה במתח המוצא עם עליית הטמפרטורה, ופועל כדלקמן.
ממתח הייחוס שנוצר על ידי המחלק R1R2, נפחת מפל המתח על פני הטרנזיסטור ותוצאת החיסור מוגברת. מתח הייחוס נבחר בדיוק מעל מפל המתח על פני הטרנזיסטור בטמפרטורה של 25 מעלות, מה שמבטיח שהמתח נמדד מתחת ל-25 מעלות.
הרווח של המעגל נקבע על ידי היחס R5/R4 + 1 ועבור מעגל זה שווה ל-11. השיפוע הסופי של אות הטמפרטורה הוא 2*11=22mV/מעלה. לפיכך, כדי להבטיח מדידת טמפרטורה מ-0 מעלות, אות המוצא ב-25 מעלות חייב להיות לפחות 25*0.022=0.55V. העודף של מתח ההטיה על הירידה בטרנזיסטור ב-25 מעלות חייב להיות לפחות 0.05V.
ירידת המתח על פני הטרנזיסטור ב-25 מעלות היא 0.5-0.6V ותלויה בסוג הטרנזיסטור הספציפי ובזרם שדרכו, וכנראה שאי אפשר לבחור את מתח הייחוס "בתנועה", לכן, בשלב איתור הבאגים, יש צורך לבחור נגדים R1R2 עבור סוג מסוים של טרנזיסטור וזרם באמצעותו, מטרנזיסטור אחד למשנהו, ערך זה עשוי להשתנות, אך זה כבר ניתן לתיקון בשיטות תוכנה.
הזרם דרך הטרנזיסטור נקבע על ידי ההתנגדות של הנגד R3, במעגל זה הזרם שווה בערך ל-15mA. הערך המומלץ של זרם דרך הטרנזיסטור הוא 10-20mA.
המעגל הנ"ל מותאם ל-ADC עם מתח ייחוס של 3.3V, אך יכול לשמש גם למתח ייחוס של 5V, לשם כך יש צורך להגדיל את הרווח של המעגל, על סמך טווח הטמפרטורות הנדרש.
ברכיבי R6VD1, מעגל הגבלת מתח מוצא מורכב במקרה של מצבי חירום, למשל, הפסקת חוט לטרנזיסטור. אם מתח האספקה של מגבר ההפעלה אינו עולה על מתח הייחוס של ה-ADC, ניתן לשלול אותם.
כל מגבר הפעלה יכול לשמש כ-DA1, המספק פעולה עם ספק כוח חד קוטבי ומתח כניסה מ-0V. למשל ה-LM358 הזול והנפוץ.
כטרנזיסטור, ניתן להשתמש בכל טרנזיסטור שאינו מורכב ממבנה p-n-p.
