Ierīce un veidi
Termistors ir pusvadītāju ierīce, kuras pretestība ir atkarīga no tās temperatūras. Atkarībā no elementa veida pretestība var pieaugt vai samazināties, kad tas uzsilst. Ir divu veidu termistori:
- NTC (Negatīvā temperatūras koeficients) - ar negatīvu temperatūras pretestības koeficientu (TCR). Tos bieži sauc par "termistoriem".
- PTC (Positive Temperature Coefficient) - ar pozitīvu TCS. Viņus sauc arī par "Pozistoriem".
Svarīgs! Elektriskās pretestības temperatūras koeficients ir pretestības atkarība no temperatūras. Apraksta, par cik omiem vai procentiem no nominālās vērtības mainās elementa pretestība, kad tā temperatūra paaugstinās par 1 grādu pēc Celsija
Piemēram, parastajiem rezistoriem ir pozitīvs TCR (sildot, vadītāju pretestība palielinās).
Termistori ir zemas temperatūras (līdz 170K), vidējas temperatūras (170-510K) un augstas temperatūras (900-1300K). Elementa korpuss var būt izgatavots no plastmasas, stikla, metāla vai keramikas.
Termistoru simboliskais grafiskais apzīmējums diagrammā atgādina parastos rezistorus, un vienīgā atšķirība ir tāda, ka tie ir izsvītroti ar svītru un blakus ir norādīts burts t.
Starp citu, šādi tiek apzīmēti jebkuri rezistori, kuru pretestība mainās apkārtējās vides ietekmē, un ietekmējošo lielumu veidu norāda ar burtu, t ir temperatūra.
Galvenās īpašības:
- Nominālā pretestība pie 25 grādiem pēc Celsija.
- Maksimālā strāvas vai jaudas izkliede.
- Darba temperatūras diapazons.
- TKS.
Interesants fakts: termistoru 1930. gadā izgudroja zinātnieks Semjuels Rubens.
Apskatīsim sīkāk, kā tas darbojas un kam katrs no tiem ir paredzēts.
mērījumi
|
|
|||||
|
Temperatūras mērīšanai kā termiskos pārveidotājus var izmantot pusvadītāju diodes un tranzistorus. Tas ir tāpēc, ka pie nemainīgas strāvas vērtības, kas plūst virzienā uz priekšu, piemēram, caur diodes savienojumu, spriegums krustojumā mainās gandrīz lineāri ar temperatūru. Lai strāvas vērtība būtu nemainīga, pietiek ar lielu aktīvo pretestību iekļaut virknē ar diodi. Šajā gadījumā strāvai, kas iet caur diode, nevajadzētu izraisīt tā sasilšanu. Šāda temperatūras sensora kalibrēšanas raksturlielumu ir iespējams izveidot, izmantojot divus punktus - mērītā temperatūras diapazona sākumā un beigās. 1. attēlā a parāda temperatūras mērīšanas ķēdi, izmantojot VD diodi. Akumulators var kalpot kā strāvas avots.
Rīsi. 1. Shēma temperatūras mērīšanai, izmantojot diodi (a) un tranzistorus (b, c). Tilta noņēmēji ļauj palielināt ierīces relatīvo jutību, kompensējot sensora pretestības sākotnējo vērtību. Līdzīgi temperatūra ietekmē tranzistoru emitētāja-bāzes pārejas pretestību. Šajā gadījumā tranzistors var vienlaikus darboties gan kā temperatūras sensors, gan kā sava signāla pastiprinātājs. Tāpēc tranzistoru izmantošanai kā siltuma sensoriem ir priekšrocības salīdzinājumā ar diodēm. 1.b attēlā parādīta termometra ķēde, kurā kā temperatūras pārveidotājs tiek izmantots tranzistors (germānija vai silīcijs). Ražojot termometrus gan uz diodēm, gan uz tranzistoriem, ir nepieciešams izveidot kalibrēšanas raksturlīkni, savukārt dzīvsudraba termometru var izmantot kā paraugu mērinstrumentu. Termometru inerce uz diodēm un tranzistoriem ir maza: uz diodes - 30 s, uz tranzistora - 60 s. Praktiska interese ir tilta ķēde ar tranzistoru vienā no rokām (1. att., c). Šajā shēmā emitera pāreja ir iekļauta vienā no tilta R4 atzariem, kolektoram tiek pielikts neliels bloķēšanas spriegums.
Galvenās atzīmes: diode, tranzistors, temperatūra |
|||||
|
|||||
|
|||||
Diode kā temperatūras sensors - pusvadītāja funkcija
Diode ir vienkāršākā ierīce savā konfigurācijā, kurai ir pusvadītāja īpašības.
Starp abām diodes galējībām (donoru un akceptoru) atrodas telpas lādiņa apgabals, pretējā gadījumā: p-n-pāreja. Šis “tilts” nodrošina elektronu iekļūšanu no vienas daļas uz otru, tāpēc tā veidojošo lādiņu dažādo nosaukumu dēļ diodes iekšpusē parādās diezgan maza, bet tomēr strāva. Elektronu kustība caur diodi notiek tikai vienā virzienā. Protams, ir reversā kustība, taču tā ir pilnīgi nenozīmīga, un, mēģinot pieslēgt strāvas avotu šajā virzienā, diode tiek bloķēta ar reverso spriegumu. Tas palielina vielas blīvumu un notiek difūzija. Starp citu, tieši šī iemesla dēļ diode tiek saukta par pusvadītāju vārstu (vienā virzienā ir kustība, bet otrā nav).
Ja jūs mēģināt paaugstināt diodes temperatūru, tad mazākuma nesēju (elektronu, kas virzās pretējā virzienā galvenajam virzienam) skaits palielināsies, un p-n pāreja sāks sabrukt.
Mijiedarbības princips starp sprieguma kritumu pāri diodes p-n pārejai un pašas diodes temperatūru atklājās gandrīz uzreiz pēc tās projektēšanas.
Rezultātā silīcija diodes p-n pāreja ir vienkāršākais temperatūras sensors. Tā TKV (sprieguma temperatūras koeficients) ir 3 milivolti uz grādu pēc Celsija, un tiešā sprieguma krituma punkts ir aptuveni 0,7 V.
Normālai darbībai šis sprieguma līmenis ir nevajadzīgi zems, tāpēc bieži tiek izmantota nevis pati diode, bet gan tranzistoru p-n pārejas komplektā ar pamata sprieguma dalītāju.
Rezultātā dizains pēc īpašībām atbilst visai diožu secībai. Rezultātā sprieguma krituma indikators var būt daudz lielāks par 0,7 V.
Tā kā diodes TCR (temperatūras pretestības koeficients) ir negatīvs (-2mV / ° C), tas izrādījās ļoti nozīmīgs lietošanai varikaps, kur tas spēlē svārstību ķēdes rezonanses frekvences stabilizatora lomu. . Kontrolē ar temperatūru.
Diodes sprieguma krituma dati
Analizējot digitālā multimetra rādījumus, var atzīmēt, ka dati par sprieguma kritumu pār pn pāreju silīcija diodēm ir 690-700 mV, bet germānijam - 400-450 mV (lai gan šāda veida diodes praktiski nav tiek izmantots šobrīd). Ja mērīšanas laikā diodes temperatūra paaugstinās, tad multimetra dati, gluži pretēji, samazināsies. Jo lielāks sildīšanas spēks, jo lielāks ir digitālo datu kritums.
Parasti šo īpašību izmanto, lai stabilizētu darba procesu elektroniskajā sistēmā (piemēram, audio frekvences pastiprinātājiem).
Termometra shēma uz diodes.
Temperatūras sensori mikrokontrolleram
Šobrīd daudzas shēmas ir veidotas uz mikrokontrolleriem, un šeit var iekļaut arī dažādus temperatūras mērītājus, kuros var izmantot pusvadītāju sensorus ar nosacījumu, ka temperatūra to darbības laikā nepārsniedz 125 ° C.
Tā kā temperatūras mērītāji tiek kalibrēti rūpnīcā, sensoru kalibrēšana un regulēšana nav nepieciešama.No tiem iegūtie rezultāti digitālo datu veidā tiek ievadīti mikrokontrollerā.
Saņemtās informācijas pielietojums ir atkarīgs no kontroliera programmatūras satura.
Cita starpā šādi sensori var darboties termostata režīmā, tas ir, (ar iepriekš noteiktu programmu) ieslēgties vai izslēgties, kad tiek sasniegta noteikta temperatūra.
Tomēr, ja citi temperatūras indikatori kļūst par atsauci, programma būs jāpārraksta.
Citas lietojumprogrammas
Lai gan mūsdienās temperatūras sensoru izvēle ir ļoti plaša, neviens neaizmirst par to diodes versiju, ko nereti izmanto elektriskajos gludekļos, elektriskajos kamīnos un elektronikā tās plašākajā nozīmē.
Neskatoties uz ierobežojumiem temperatūras apstākļos, diodes sensoriem ir savas ievērojamās priekšrocības:
- relatīvais lētums;
- pieticīgi izmēri;
- viegli ievietot lielu skaitu elektronisko ierīču;
- izcila jutība un precizitāte.
Pateicoties visām šīm īpašībām, šāda veida sensoru pielietojuma joma gadu no gada pieaug.
Raksti komentāros, raksta papildinājumus, varbūt kaut ko palaidu garām. Apskatiet vietnes karti, es priecāšos, ja manā vietnē atradīsiet kaut ko citu noderīgu.
Vienkāršs elektroniskais termometrs uz savienojuma tranzistora
kategorijā
Radio shēmas mājām
I. Ņečajevs. KurskRadio, 1992, 8.nr., 17.-18.lpp
Šajā rakstā mēs runāsim par iespēju projektēt ierīces temperatūras mērīšanai no attāluma - ārpus mājas vai, teiksim, balkona "dārzeņu veikalā". Ir daudz shēmu, kas ļauj veikt šo funkciju, bet ir noteiktas funkcijas, izvēloties temperatūras jutīgu sensoru.
Parasti vairumā gadījumu, projektējot šādas ierīces, termistorus visbiežāk izmanto radio amatieri. Viņiem ir diezgan plašs termiskais pretestības koeficients (turpmāk tekstā TCR) - līdz 8% uz grādu. Tomēr mērītās temperatūras zonā tas ir ļoti atšķirīgs. Ja mājas termometriem var pievērt acis uz šo faktu, tad, ja mēs runājam par plašu temperatūras diapazonu (piemēram, kā mūsu gadījumā, no -40 grādiem C līdz + 40 grādiem C), tad rodas zināmas problēmas ar mērīšanas skalas ierīces gradācija, tā vienkārši zaudēs savu linearitāti.
Mēs arī zinām, ka jebkuras pusvadītāju ierīces visizplatītākais pn savienojums var kalpot kā temperatūras sensors, tomēr vienkārša savienojuma TCH ir ļoti mazs - ne vairāk kā 0,3% uz grādu, un tas prasa papildu pastiprināšanas ķēžu ieviešanu, kas ievērojami sarežģī dizainu.
Kā liecina pieredze, KT117 tipa unijunction tranzistori ir vislabāk piemēroti izmantošanai kā temperatūras sensors (tie tika izmantoti 2 \ 3 USCT televizoru barošanas blokos un tos atrast nebūs grūti), ja pievienojat to, kā parādīts attēlā. attēlā
Šādas iekļaušanas rezultātā mēs iegūstam termistoru ar pretestību 5 ... 10 kOhm ar CTS aptuveni 0,7 ... 0,9% uz grādu C. Šajā gadījumā ierīces skala būs lineāra virs viss temperatūras diapazons. Šī savienojuma tranzistora īpašība ļāva to izmantot kā temperatūras sensoru ierīcē, kuras shēma ir parādīta attēlā.
Aplūkojamā elektroniskā termometra pamatā ir mērīšanas tilts uz rezistoriem R2-R5, kura vienā rokā ir pievienots savienojuma tranzistors VT1. Tilta diagonālē uzstādīts PA1 mikroampermetrs ar nulli vidū. Pilna viļņa taisngriezis var kalpot kā strāvas avots, šim nolūkam ķēdē tiek ievadīts parametriskais stabilizators uz VT2 tranzistora un VD1 Zener diode. Ja ierīce tiks darbināta īsu laiku (ieslēgta, skatīta, izslēgta), tad var izmantot arī “Krona” tipa 9 voltu akumulatoru, tādā gadījumā no ķēdes var izslēgt stabilizācijas ķēdes.
Ierīces būtība ir šāda: visi ķēdes rezistori ir fiksēti, mainīga ir tikai temperatūras sensora, kura lomu spēlē tranzistors, pretestība.Mainoties apkārtējai temperatūrai, mainīsies strāva caur temperatūras sensoru. Turklāt strāva mainīsies gan uz augšu, paaugstinoties temperatūrai, gan uz leju ar temperatūras pazemināšanos, izrādās, ka tā paliek tikai izvēloties mērīšanas tilta rezistorus un regulējot skaņošanas rezistoru R1, lai iestatītu instrumenta rādījumus. bultiņa uz nulli pie 0 grādiem C.
Uzstādot ierīci, varat izmantot šādus ieteikumus - ledusskapja kūstošo ledu var izmantot kā atskaites punktu "nulles" temperatūrai. Tāpat nav grūti iegūt 40 ... 50 grādu temperatūru C. Cepeškrāsni var vienkārši uzsildīt līdz vajadzīgajai temperatūrai. Tādējādi jūs varat iestatīt ierīces nulles pozīciju un maksimālo pozitīvo, veicot atbilstošas atzīmes uz skalas. “Mīnusa” atzīmi var izdarīt tādā pašā attālumā kā “plus” zīmi, jo mērījumu skala būs lineāra.
Visas termometra daļas ir uzstādītas uz iespiedshēmas plates, kas izgatavota no vienpusējas folijas tekstolīta, kuras skice ir parādīta attēlā.
Aptuvenais ierīces izskats ir parādīts nākamajā attēlā.
Šim termometram vislabāk ir piemērots M4206 tipa mikroampermetrs 50 μA strāvai ar nulli skalas vidū. Ja pēkšņi šī ierīce nebija pieejama, tad norādītajai strāvai varat izmantot jebkuru citu mikroampermetru (vēlams ar lielu mērīšanas skalu), bet tad ķēdē būs jāievada papildu poga, lai būtu iespējams kontrolēt pozitīvo un negatīvās temperatūras atsevišķi, kā parādīts attēlā
Galu galā: ja nepieciešams, ierīci var aprīkot ar vairākiem temperatūras sensoriem, ieslēdzot tos saskaņā ar šādu shēmu
Tādējādi mēs varēsim kontrolēt temperatūru vairākos objektos – piemēram, mājās un uz ielas.
Termiskie sensori uz tranzistoriem MK ķēdēs
Pusvadītāju materiālu fizikālā būtība ir tāda, ka to parametri ir diezgan lielā mērā atkarīgi no temperatūras. Parastajās pastiprināšanas shēmās ar šo parādību cīnās, savukārt temperatūras mērītājos, gluži pretēji, tās tiek veicinātas.Piemēram, silīcija tranzistoros ar nemainīgu kolektora strāvu, pieaugot temperatūrai, bāzes izstarotāja spriegums U^^^ samazinās līdz ar teorētiskais koeficients 2,1 mV / ° C. Faktiskās izmaiņas ir proporcionālas attiecībai 1000|mV|/Gx1 K], kur Gx ir vides temperatūra pēc Kelvina skalas.
Aprēķinu piemērs. Lai spriegums starp standarta silīcija tranzistora bāzi un emitētāju pie temperatūras 7;) = 20°C ir ^^^
Palielinoties korpusa temperatūrai līdz G, \u003d 35 ° C, šis spriegums samazinās par 49m V: i
Faktiskais spriegums var nedaudz atšķirties no aprēķinātā atkarībā no tranzistora darbības punkta stāvokļa un tā veida. Jebkurā gadījumā ir ieteicams samazināt un stabilizēt strāvu, kas plūst caur /?-/7-pāreju, lai novērstu kristāla pašsasilšanas efektu.
Rīsi. 3.67. Shēmas tranzistora termisko sensoru pievienošanai MK:
a) temperatūras mērīšana diapazonā no -30…+150°C. Temperatūras sensors ir VTI tranzistors, kurā spriegums (/[^e "dreifē" ar koeficientu aptuveni 2 mV / ° C. Rezistori R4 un 7 iestata temperatūras diapazonu un +3 V kalibrēšanas spriegumu pie MK ieejas plkst. istabas temperatūra + 25 ° C. Tranzistoram VTI ir metāla korpuss, kura galu var iespiest karstumizturīgā plastmasas caurulē un visu konstrukciju var izmantot kā ārējo zondi vai zondi;
b) temperatūras sensors uz viena savienojuma tranzistoru VTI bāzes nodrošina temperatūras mērīšanas linearitāti diapazonā no 0…+ 100°С;
c) VTI tranzistors ir īpaši izmantots maza izmēra virsmas montāžas (SMD). Tas ir nepieciešams, lai samazinātu sensora termisko inerci. Piemēram, SMD tranzistors nonāk stabilā termiskā režīmā vienu minūti pēc temperatūras lēciena par 10 ° C (parastam “lielam” tranzistoram ir nepieciešams vairākas reizes ilgāks laiks).Rezistors /^/ līdzsvaro diferenciālo ķēdi, kas sastāv no tranzistoriem VTI, VT2\
Uz att. 3.67, a ... d parāda tranzistora termisko sensoru savienojuma shēmas ar MK.
d) tranzistoram VT1 korpusā ir caurums, caur kuru to var nostiprināt ar skrūvi uz mērāmā objekta virsmas. Tranzistora kolektors ir elektriski savienots ar tā korpusu, kas jāņem vērā uzstādīšanas laikā. Temperatūras pārveidošanas koeficients ir tieši proporcionāls rezistoru R3/R2 attiecībai (šajā shēmā aptuveni 20 mV/°C).
Siltuma sensors uz E-kodolu tranzistora
Šajā rakstā es runāšu par bipolārā tranzistora izmantošanu kā temperatūras sensoru. Apraksts ir sniegts saistībā ar tā izmantošanu, lai izmērītu radiatora (radiatora) temperatūru.
Temperatūras sensora galvenā priekšrocība uz tranzistora ir tā, ka tas nodrošina labu termisko kontaktu ar radiatoru un uz tā ir salīdzinoši viegli salabot un bipolārais tranzistors nav dārgs.
Zemāk ir diagramma par tranzistora un signāla apstrādes bloka ieslēgšanas op-amp. VT1 ir tranzistora temperatūras sensors, kas ir piestiprināts pie radiatora.
Tranzistors tiek apzināti izmantots p-n-p struktūrās. radiators bieži ir savienots ar ķēdes kopējo vadu, un TO-220 iepakojumā esošā tranzistora kolektors ir savienots ar siltuma izlietni, un, pievienojot tranzistoru, nav nepieciešams to elektriski izolēt no radiatora, kas vēl vairāk vienkāršo dizainu.
Sprieguma kritums p-n krustojumā mainās, palielinoties tā temperatūrai ar stāvumu aptuveni -2 mV / grāds (t.i., samazinās, palielinoties temperatūrai). Tik neliela sprieguma maiņa nav īpaši ērta apstrādāt ADC, turklāt ērtāk ir tad, ja atkarība ir tieša, t.i. temperatūrai paaugstinoties, temperatūras signāls palielinās.
Iepriekš minētā shēma novirza, apvērš un pastiprina signālu no tranzistora, nodrošinot izejas sprieguma pieaugumu, palielinoties temperatūrai, un darbojas šādi.
No dalītāja R1R2 radītā atsauces sprieguma tiek atņemts sprieguma kritums tranzistorā un atņemšanas rezultāts tiek pastiprināts. Atsauces spriegums tiek izvēlēts tieši virs sprieguma krituma tranzistorā 25 grādu temperatūrā, kas nodrošina sprieguma mērīšanu zem 25 grādiem.
Ķēdes pastiprinājumu nosaka attiecība R5/R4 + 1 un šai ķēdei ir vienāda ar 11. Temperatūras signāla gala slīpums ir 2*11=22mV/grāds. Tātad, lai nodrošinātu temperatūras mērīšanu no 0 grādiem, izejas signālam pie 25 grādiem jābūt vismaz 25*0,022=0,55V. Nobīdes sprieguma pārsniegumam pār tranzistora kritumu pie 25 grādiem jābūt vismaz 0,05 V.
Sprieguma kritums tranzistorā pie 25 grādiem ir 0,5-0,6 V un ir atkarīgs no konkrētā tranzistora veida un strāvas caur to, un, iespējams, nav iespējams izvēlēties atsauces spriegumu “lidojumā”, tāpēc atkļūdošanas stadijā nepieciešams izvēlēties rezistorus R1R2 konkrētam tranzistora veidam un strāvai caur to, no viena tranzistora uz otru, šī vērtība var mainīties, bet to jau var labot ar programmatūras metodēm.
Strāvu caur tranzistoru nosaka rezistora R3 pretestība, šajā ķēdē strāva ir aptuveni vienāda ar 15mA. Ieteicamā strāvas vērtība caur tranzistoru ir 10-20 mA.
Iepriekš minētā shēma ir pielāgota ADC ar atsauces spriegumu 3,3 V, taču to var izmantot arī 5 V atsauces spriegumam, šim nolūkam ir nepieciešams palielināt ķēdes pastiprinājumu, pamatojoties uz nepieciešamo temperatūras diapazonu.
Uz R6VD1 elementiem tiek samontēta izejas sprieguma ierobežošanas ķēde ārkārtas situācijās, piemēram, tranzistora stieples pārtraukuma gadījumā. Ja operētājsistēmas pastiprinātāja barošanas spriegums nepārsniedz ADC atsauces spriegumu, tos var izslēgt.
Kā DA1 var izmantot jebkuru darbības pastiprinātāju, kas nodrošina darbību ar vienpolāru barošanas avotu un ieejas spriegumu no 0 V. Piemēram, lētais un izplatītais LM358.
Kā tranzistoru var izmantot jebkuru p-n-p struktūras nesaliktu tranzistoru.
