Įrenginys ir tipai
Termistorius yra puslaidininkinis įtaisas, kurio varža priklauso nuo jo temperatūros. Priklausomai nuo elemento tipo, atsparumas gali padidėti arba kristi, kai jis įkaista. Yra dviejų tipų termistoriai:
- NTC (Neigiamas temperatūros koeficientas) – su neigiamu atsparumo temperatūros koeficientu (TCR). Jie dažnai vadinami „termistoriais“.
- PTC (teigiamas temperatūros koeficientas) – su teigiamu TCS. Jie dar vadinami „Pozistoriais“.
Svarbu! Elektrinės varžos temperatūros koeficientas yra varžos priklausomybė nuo temperatūros. Nurodo, kiek omų ar procentų vardinės vertės keičia elemento varža, kai jo temperatūra pakyla 1 laipsniu Celsijaus
Pavyzdžiui, įprasti rezistoriai turi teigiamą TCR (kai šildoma, padidėja laidininkų varža).
Termistoriai yra žemos temperatūros (iki 170K), vidutinės temperatūros (170-510K) ir aukštos temperatūros (900-1300K). Elemento korpusas gali būti pagamintas iš plastiko, stiklo, metalo ar keramikos.
Simbolinis grafinis termistorių žymėjimas diagramoje primena paprastus rezistorius, o skirtumas tik tas, kad jie yra perbraukti juostele, o šalia yra nurodyta raidė t.
Beje, taip žymimi bet kokie rezistoriai, kurių varža kinta veikiant aplinkai, o įtakojančių dydžių tipas nurodomas raide, t – temperatūra.
Pagrindinės charakteristikos:
- Vardinis atsparumas 25 laipsnių Celsijaus temperatūroje.
- Didžiausia srovės arba galios išsklaidymas.
- Darbo temperatūros diapazonas.
- TKS.
Įdomus faktas: termistorių 1930 metais išrado mokslininkas Samuelis Rubenas.
Pažvelkime atidžiau, kaip tai veikia ir kam kiekvienas iš jų skirtas.
matavimai
|
|
|||||
|
Norint matuoti temperatūrą, puslaidininkiniai diodai ir tranzistoriai gali būti naudojami kaip šiluminiai keitikliai. Taip yra todėl, kad esant pastoviai į priekį tekančios srovės vertei, pavyzdžiui, per diodo sandūrą, sankryžos įtampa keičiasi beveik tiesiškai priklausomai nuo temperatūros. Kad srovės vertė būtų pastovi, pakanka įtraukti didelę aktyviąją varžą nuosekliai su diodu. Tokiu atveju srovė, einanti per diodą, neturėtų sukelti jo įkaitimo. Tokio temperatūros jutiklio kalibravimo charakteristiką galima sukurti naudojant du taškus - išmatuoto temperatūros diapazono pradžioje ir pabaigoje. 1 paveiksle a parodyta temperatūros matavimo grandinė naudojant VD diodą. Baterija gali tarnauti kaip maitinimo šaltinis.
Ryžiai. 1. Temperatūros matavimo schema naudojant diodą (a) ir tranzistorius (b, c). Tiltiniai pikapai leidžia padidinti santykinį įrenginio jautrumą kompensuojant pradinę jutiklio varžos vertę. Panašiai temperatūra veikia tranzistorių emiterio ir bazės perėjimo varžą. Tokiu atveju tranzistorius vienu metu gali veikti ir kaip temperatūros jutiklis, ir kaip savo signalo stiprintuvas. Todėl tranzistorių, kaip šiluminių jutiklių, naudojimas turi pranašumą prieš diodus. 1b paveiksle parodyta termometro grandinė, kurioje tranzistorius (germanis arba silicis) naudojamas kaip temperatūros keitiklis. Gaminant termometrus tiek ant diodų, tiek ant tranzistorių, būtina sukurti kalibravimo charakteristiką, o gyvsidabrio termometras gali būti naudojamas kaip pavyzdinė matavimo priemonė. Diodų ir tranzistorių termometrų inercija yra maža: ant diodo - 30 s, ant tranzistoriaus - 60 s. Praktiškai įdomi yra tilto grandinė su tranzistoriumi vienoje iš pečių (1 pav., c). Šioje grandinėje emiterio jungtis yra įtraukta į vieną iš tilto R4 atšakų, į kolektorių tiekiama nedidelė blokavimo įtampa.
Pagrindinės žymės: diodas, tranzistorius, temperatūra |
|||||
|
|||||
|
|||||
Diodas kaip temperatūros jutiklis – puslaidininkinė funkcija
Diodas yra paprasčiausias savo konfigūracijos įrenginys, turintis puslaidininkio savybes.
Tarp dviejų kraštinių diodo (donoro ir akceptoriaus) yra erdvės krūvio sritis, kitaip: p-n-jungtis. Šis „tiltas“ užtikrina elektronų prasiskverbimą iš vienos dalies į kitą, todėl dėl skirtingų jį sudarančių krūvių pavadinimų diodo viduje atsiranda gana maža, bet vis tiek srovė. Elektronų judėjimas per diodą vyksta tik viena kryptimi. Žinoma, yra atvirkštinis judėjimas, bet jis visiškai nereikšmingas, o kai bandote prijungti maitinimo šaltinį šia kryptimi, diodas blokuojamas atvirkštine įtampa. Tai padidina medžiagos tankį ir atsiranda difuzija. Beje, būtent dėl šios priežasties diodas vadinamas puslaidininkiniu vožtuvu (viena kryptimi juda, kita – ne).
Jei bandysite padidinti diodo temperatūrą, mažumos nešėjų (elektronų, judančių priešinga pagrindinei kryptimi) skaičius padidės, o p-n sandūra pradės griūti.
Įtampos kritimo diodo p-n sandūroje ir paties diodo temperatūros sąveikos principas buvo atskleistas beveik iš karto po jo sukūrimo.
Dėl to silicio diodo p-n sandūra yra paprasčiausias temperatūros jutiklis. Jo TKV (įtampos temperatūros koeficientas) yra 3 milivoltai vienam Celsijaus laipsniui, o tiesioginės įtampos kritimo taškas yra apie 0,7 V.
Normaliam darbui šis įtampos lygis yra be reikalo žemas, todėl dažnai naudojamas ne pats diodas, o tranzistorių p-n sandūros su baziniu įtampos dalikliu.
Dėl to dizainas savo savybėmis atitinka visą diodų seką. Dėl to įtampos kritimo indikatorius gali būti daug didesnis nei 0,7 V.
Kadangi diodo TCR (temperatūros pasipriešinimo koeficientas) yra neigiamas (-2mV / ° C), jis pasirodė esąs labai tinkamas naudoti varikapuose, kur jis atlieka virpesių grandinės rezonansinio dažnio stabilizatoriaus vaidmenį. . Valdomas temperatūros.
Diodų įtampos kritimo duomenys
Analizuojant skaitmeninio multimetro rodmenis, galima pastebėti, kad duomenys apie įtampos kritimą per pn sandūrą silicio diodams yra 690-700 mV, o germanio - 400-450 mV (nors tokio tipo diodų praktiškai nėra naudojamas šiuo metu). Jei matavimo metu diodo temperatūra pakyla, tada multimetro duomenys, priešingai, sumažės. Kuo didesnė šildymo jėga, tuo didesnis skaitmeninių duomenų kritimas.
Paprastai ši savybė naudojama darbo procesui elektroninėje sistemoje stabilizuoti (pavyzdžiui, garso dažnio stiprintuvams).
Termometro ant diodo schema.
Temperatūros jutikliai mikrovaldikliui
Šiuo metu daugelis grandinių yra pastatytos ant mikrovaldiklių, čia taip pat gali būti įtraukti įvairūs temperatūros matuokliai, kuriuose galima naudoti puslaidininkinius jutiklius, jei temperatūra jų veikimo metu neviršija 125 ° C.
Kadangi temperatūros matuokliai sukalibruojami gamykloje, jutiklių kalibruoti ir reguliuoti nereikia.Iš jų gauti rezultatai skaitmeninių duomenų pavidalu perduodami į mikrovaldiklį.
Gautos informacijos pritaikymas priklauso nuo valdiklio programinės įrangos turinio.
Be kita ko, tokie jutikliai gali veikti termostatiniu režimu, tai yra (su iš anksto nustatyta programa) įsijungti arba išjungti pasiekus tam tikrą temperatūrą.
Tačiau jei kiti temperatūros rodikliai taps atskaitos taškais, programą teks perrašyti.
Kitos programos
Nors šiandien temperatūros jutiklių pasirinkimas labai platus, niekas nepamiršta ir jų diodinės versijos, kuri dažnai naudojama elektriniuose lygintuvuose, elektriniuose židiniuose ir elektronikoje plačiąja prasme.
Nepaisant temperatūros sąlygų apribojimų, diodų jutikliai turi reikšmingų pranašumų:
- santykinis pigumas;
- kuklūs matmenys;
- lengvai telpa daugybė elektroninių prietaisų;
- Puikus jautrumas ir tikslumas.
Dėl visų šių savybių šio tipo jutiklių taikymo sritis kasmet auga.
Rašykite komentarus, papildymus prie straipsnio, gal ką praleidau. Pažvelkite į svetainės schemą, džiaugsiuosi, jei mano svetainėje rasite ką nors naudingo.
Paprastas elektroninis termometras ant sujungimo tranzistoriaus
Kategorija
Radijo grandinės namams
I. Nečajevas. KurskRadio, 1992, Nr.8, 17-18 p
Šiame straipsnyje kalbėsime apie galimybę suprojektuoti prietaisus temperatūros matavimui per atstumą - už namo ar, tarkime, balkono "daržovių parduotuvėje". Yra daugybė schemų, leidžiančių atlikti šią funkciją, tačiau renkantis temperatūrai jautrų jutiklį yra tam tikrų savybių.
Paprastai daugeliu atvejų, projektuojant tokius įrenginius, termistorius dažniausiai naudoja radijo mėgėjai. Jie turi gana platų šiluminį varžos koeficientą (toliau – TCR) – iki 8% vienam laipsniui. Tačiau išmatuotų temperatūrų zonoje jis labai skiriasi. Jei namų termometrams galite užmerkti akis, tai jei mes kalbame apie platų temperatūros diapazoną (pavyzdžiui, kaip mūsų atveju, nuo -40 laipsnių C iki + 40 laipsnių C), tada kyla tam tikrų problemų su matavimo skalės prietaiso gradacija, jis tiesiog praras tiesiškumą.
Taip pat žinome, kad dažniausiai bet kurio puslaidininkinio įtaiso pn jungtis gali tarnauti kaip temperatūros jutiklis, tačiau paprastos jungties TCH yra labai mažas – ne daugiau kaip 0,3% vienam laipsniui, o tam reikia įvesti papildomas stiprinimo grandines, o tai labai apsunkina dizainą.
Kaip parodė patirtis, KT117 tipo unijunction tranzistoriai geriausiai tinka naudoti kaip temperatūros jutiklis (jie buvo naudojami 2 \ 3 USCT televizorių maitinimo šaltiniuose ir juos nebus sunku rasti), jei prijungsite taip, kaip parodyta. nuotraukoje
Dėl tokio įtraukimo gauname termistorių, kurio varža yra 5 ... 10 kOhm, o CTS yra maždaug 0,7 ... 0,9% vienam laipsniui C. Šiuo atveju prietaiso skalė bus tiesinė. visą temperatūros diapazoną. Ši vienetinio tranzistoriaus savybė leido jį naudoti kaip temperatūros jutiklį įrenginyje, kurio grandinė parodyta paveikslėlyje.
Nagrinėjamo elektroninio termometro pagrindas yra matavimo tiltelis ant rezistorių R2-R5, kurio vienoje rankoje yra prijungtas vienijantis tranzistorius VT1. Tilto įstrižainėje sumontuotas PA1 mikroampermetras su nuliu viduryje. Pilnos bangos lygintuvas gali būti naudojamas kaip maitinimo šaltinis, šiuo tikslu į grandinę įvedamas parametrinis stabilizatorius ant VT2 tranzistoriaus ir VD1 zenerio diodas. Jei prietaisas bus eksploatuojamas trumpai (įjungtas, pažiūrėjęs, išjungtas), tuomet galima naudoti ir 9 voltų „Krona“ tipo bateriją, tokiu atveju stabilizavimo grandines galima išjungti iš grandinės.
Prietaiso esmė tokia: visi grandinės rezistoriai yra fiksuoti, kintama tik temperatūros jutiklio, kurio vaidmenį atlieka tranzistorius, varža.Pasikeitus aplinkos temperatūrai, pasikeis srovė per temperatūros jutiklį. Negana to, srovė keisis ir aukštyn kylant temperatūrai, ir žemyn – temperatūrai mažėjant.. Pasirodo, kad ji lieka tik parinkus matavimo tiltelio rezistorius ir sureguliavus derinimo rezistorių R1, kad būtų nustatyti instrumento rodmenys. rodyklė iki nulio esant 0 laipsnių C.
Nustatydami įrenginį galite pasinaudoti šiomis rekomendacijomis – tirpstantis ledas iš šaldytuvo gali būti naudojamas kaip „nulinės“ temperatūros atskaitos taškas. Taip pat nesunku pasiekti 40 ... 50 laipsnių C temperatūrą. Galite tiesiog įkaitinti orkaitę iki norimos temperatūros. Taigi, jūs galite nustatyti įrenginio nulinę padėtį ir didžiausią teigiamą, padarydami atitinkamus ženklus skalėje. „Minuso“ ženklą galima padaryti tokiu pat atstumu kaip ir „pliuso“, nes matavimo skalė bus tiesinė.
Visos termometro dalys sumontuotos ant spausdintinės plokštės, pagamintos iš vienpusės folijos tekstolito, kurios eskizas parodytas paveikslėlyje.
Apytikslė įrenginio išvaizda parodyta toliau esančiame paveikslėlyje.
Šiam termometrui geriausiai tinka M4206 tipo mikroampermetras, skirtas 50 μA srovei su nuliu skalės viduryje. Jei staiga šio prietaiso nebuvo, tada nurodytai srovei galite naudoti bet kurį kitą mikroampermetrą (geriausia su didele matavimo skale), tačiau tada į grandinę reikės įvesti papildomą mygtuką, kad būtų galima valdyti teigiamą ir neigiamos temperatūros atskirai, kaip parodyta paveikslėlyje
Na, galų gale: jei reikia, įrenginyje gali būti įrengti keli temperatūros jutikliai, juos įjungiant pagal šią schemą
Taigi, temperatūrą galėsime valdyti keliuose objektuose – pavyzdžiui, namuose ir gatvėje.
Šiluminiai jutikliai ant tranzistorių MK grandinėse
Puslaidininkinių medžiagų fizinė prigimtis yra tokia, kad jų parametrai gana stipriai priklauso nuo temperatūros. Įprastose stiprinimo grandinėse su šiuo reiškiniu kovojama, o temperatūros matuokliuose – atvirkščiai – skatinami.Pavyzdžiui, silicio tranzistoriuose su pastovia kolektoriaus srove, kylant temperatūrai, bazinio emiterio įtampa U^^^ mažėja teorinis koeficientas 2,1 mV / °C. Faktinis pokytis yra proporcingas santykiui 1000|mV|/Gx1 K], kur Gx yra terpės temperatūra pagal Kelvino skalę.
Skaičiavimo pavyzdys. Tegul įtampa tarp standartinio silicio tranzistoriaus pagrindo ir emiterio esant 7;) = 20°C temperatūrai yra ^^^
Padidėjus jo korpuso temperatūrai iki G, \u003d 35 ° C, ši įtampa sumažėja 49 m V: i
Tikroji įtampa gali šiek tiek skirtis nuo apskaičiuotos, priklausomai nuo tranzistoriaus veikimo taško padėties ir jo tipo. Bet kokiu atveju rekomenduojama sumažinti ir stabilizuoti srovę, tekančią per /?-/7 sandūrą, kad būtų pašalintas kristalo savaiminio įkaitimo efektas.
Ryžiai. 3.67. Tranzistorių šiluminių jutiklių prijungimo prie MK schemos:
a) temperatūros matavimas -30…+150°C diapazone. Temperatūros jutiklis yra VTI tranzistorius, kuriame įtampa (/[^e "dreifuoja" maždaug 2 mV / ° C koeficientu. Rezistoriai R4 ir 7 nustato temperatūros diapazoną ir +3 V kalibravimo įtampą MK įėjime ties kambario temperatūra + 25 ° C. Tranzistorius VTI turi metalinį korpusą, kurio galą galima įspausti į karščiui atsparų plastikinį vamzdelį ir visą konstrukciją naudoti kaip išorinį zondą ar zondą;
b) vienos sandūros tranzistoriaus VTI pagrindu veikiantis temperatūros jutiklis užtikrina temperatūros matavimo tiesiškumą 0…+ 100°С diapazone;
c) VTI tranzistorius yra specialiai naudojamas mažo dydžio paviršiuje montuojamas (SMD). Tai būtina norint sumažinti jutiklio šiluminę inerciją. Pavyzdžiui, SMD tranzistorius patenka į stabilų šiluminį režimą praėjus vienai minutei po 10 ° C temperatūros šuolio (įprastas „didelis“ tranzistorius trunka kelis kartus ilgiau).Rezistorius /^/ balansuoja diferencialinę grandinę, sudarytą iš tranzistorių VTI, VT2\
Ant Fig. 3.67, a ... d parodytos tranzistorių šiluminių jutiklių prijungimo prie MK schemos.
d) tranzistoriaus VT1 korpuse yra skylutė, per kurią jį galima pritvirtinti varžtu ant matuojamo objekto paviršiaus. Tranzistoriaus kolektorius yra elektra prijungtas prie jo korpuso, į kurį reikia atsižvelgti montuojant. Temperatūros konversijos koeficientas yra tiesiogiai proporcingas rezistorių R3/R2 santykiui (šioje grandinėje apie 20 mV/°C).
E-core tranzistoriaus šilumos jutiklis
Šiame straipsnyje kalbėsiu apie bipolinio tranzistoriaus kaip temperatūros jutiklio naudojimą. Aprašymas pateikiamas naudojant jį matuojant radiatorių (šildytuvo) temperatūrą.
Pagrindinis temperatūros jutiklio ant tranzistoriaus privalumas yra tai, kad jis užtikrina gerą šiluminį kontaktą su radiatoriumi ir jį gana lengva pritvirtinti prie jo, o dvipolis tranzistorius nėra brangus.
Žemiau pateikiama tranzistoriaus ir signalo apdorojimo įrenginio įjungimo ant operacinės sistemos stiprintuvo schema. VT1 yra tranzistoriaus temperatūros jutiklis, pritvirtintas prie radiatoriaus.
Tranzistorius sąmoningai naudojamas p-n-p struktūrose. radiatorius dažnai jungiamas prie bendro grandinės laido, o TO-220 pakuotėje esančio tranzistoriaus kolektorius yra prijungtas prie aušintuvo, o pritvirtinant tranzistorių, nereikia jo elektriškai izoliuoti nuo radiatoriaus, o tai dar labiau supaprastina dizainą.
Įtampos kritimas p-n sandūroje kinta didėjant jo temperatūrai maždaug -2 mV / laipsniu (ty mažėja didėjant temperatūrai). Toks mažas įtampos pokytis nėra labai patogus apdoroti ADC, be to, patogiau, kai priklausomybė yra tiesioginė, t.y. kylant temperatūrai temperatūros signalas didėja.
Aukščiau pateikta grandinė įstrižai, apverčia ir sustiprina signalą iš tranzistoriaus, padidindama išėjimo įtampą didėjant temperatūrai, ir veikia taip.
Iš daliklio R1R2 generuojamos atskaitos įtampos atimamas tranzistoriaus įtampos kritimas, o atėmimo rezultatas sustiprinamas. Etaloninė įtampa parenkama tiesiai virš tranzistoriaus įtampos kritimo esant 25 laipsnių temperatūrai, o tai užtikrina, kad įtampa būtų matuojama žemiau 25 laipsnių.
Grandinės stiprinimas nustatomas santykiu R5/R4 + 1 ir šiai grandinei lygus 11. Galutinis temperatūros signalo nuolydis yra 2*11=22mV/laipsnis. Taigi, norint užtikrinti temperatūros matavimą nuo 0 laipsnių, išėjimo signalas prie 25 laipsnių turi būti ne mažesnis kaip 25*0,022=0,55V. Poslinkio įtampa virš tranzistoriaus kritimo 25 laipsnių kampu turi būti ne mažesnė kaip 0,05 V.
Tranzistoriaus įtampos kritimas esant 25 laipsniams yra 0,5–0,6 V ir priklauso nuo konkretaus tranzistoriaus tipo ir per jį tekamosios srovės, todėl tikriausiai neįmanoma pasirinkti atskaitos įtampos „skrendant“, todėl derinimo etape reikia pasirinkti rezistorius R1R2 konkrečiam tranzistoriaus tipui ir srovę per jį, nuo vieno tranzistoriaus iki kito, ši reikšmė gali keistis, bet tai jau galima ištaisyti programiniais metodais.
Srovę per tranzistorių lemia rezistoriaus R3 varža, šioje grandinėje srovė yra maždaug lygi 15mA. Rekomenduojama srovės per tranzistorių vertė yra 10-20 mA.
Aukščiau pateikta grandinė yra pritaikyta ADC, kurios etaloninė įtampa yra 3,3 V, bet gali būti naudojama ir 5 V etaloninei įtampai, tam reikia padidinti grandinės stiprinimą, atsižvelgiant į reikiamą temperatūros diapazoną.
Ant R6VD1 elementų surenkama išėjimo įtampos ribojimo grandinė avarinių situacijų atveju, pavyzdžiui, nutrūkus tranzistoriaus laidui. Jei operacinės sistemos stiprintuvo maitinimo įtampa neviršija ADC etaloninės įtampos, jos gali būti neįtrauktos.
Kaip DA1, galima naudoti bet kurį operatyvinį stiprintuvą, kuris veikia su vienpoliu maitinimo šaltiniu ir įvesties įtampa nuo 0 V. Pavyzdžiui, pigus ir įprastas LM358.
Kaip tranzistorius gali būti naudojamas bet koks nesudėtinis p-n-p struktūros tranzistorius.
