Peranti dan jenis
Termistor ialah peranti semikonduktor yang rintangannya bergantung pada suhunya. Bergantung pada jenis elemen, rintangan mungkin naik atau turun apabila ia menjadi panas. Terdapat dua jenis termistor:
- NTC (Pekali Suhu Negatif) - dengan pekali rintangan suhu negatif (TCR). Mereka sering dirujuk sebagai "Termistor".
- PTC (Pekali Suhu Positif) - dengan TCS positif. Mereka juga dipanggil "Pozistors".
Penting! Pekali suhu bagi rintangan elektrik ialah pergantungan rintangan pada suhu. Menerangkan berapa banyak ohm atau peratus nilai nominal rintangan unsur berubah apabila suhunya meningkat sebanyak 1 darjah Celsius
Sebagai contoh, perintang konvensional mempunyai TCR positif (apabila dipanaskan, rintangan konduktor meningkat).
Termistor ialah suhu rendah (sehingga 170K), suhu sederhana (170-510K) dan suhu tinggi (900-1300K). Badan elemen boleh dibuat daripada plastik, kaca, logam atau seramik.
Penamaan grafik simbolik termistor dalam rajah menyerupai perintang biasa, dan satu-satunya perbezaan ialah mereka dicoret dengan jalur dan huruf t ditunjukkan di sebelahnya.
Dengan cara ini, ini adalah bagaimana mana-mana perintang ditetapkan, rintangan yang berubah di bawah pengaruh persekitaran, dan jenis kuantiti yang mempengaruhi ditunjukkan oleh huruf, t ialah suhu.
Ciri-ciri utama:
- Nilai rintangan pada 25 darjah Celsius.
- Pelesapan arus atau kuasa maksimum.
- Julat suhu operasi.
- TKS.
Fakta menarik: Termistor telah dicipta pada tahun 1930 oleh saintis Samuel Ruben.
Mari kita lihat dengan lebih dekat cara ia berfungsi dan untuk kegunaan setiap satu daripadanya.
ukuran
|
|
|||||
|
Untuk mengukur suhu, diod semikonduktor dan transistor boleh digunakan sebagai penukar haba. Ini kerana pada nilai malar arus yang mengalir ke arah hadapan, contohnya, melalui persimpangan diod, voltan di persimpangan berubah hampir secara linear dengan suhu. Agar nilai semasa menjadi malar, cukup untuk memasukkan rintangan aktif yang besar secara bersiri dengan diod. Dalam kes ini, arus yang melalui diod tidak boleh menyebabkan ia menjadi panas. Adalah mungkin untuk membina ciri penentukuran penderia suhu sedemikian menggunakan dua titik - pada permulaan dan pada akhir julat suhu yang diukur. Rajah 1, a menunjukkan litar pengukuran suhu menggunakan diod VD. Bateri boleh berfungsi sebagai sumber kuasa.
nasi. 1. Skim untuk mengukur suhu menggunakan diod (a) dan transistor (b, c). Pickup jambatan membolehkan anda meningkatkan sensitiviti relatif peranti dengan mengimbangi nilai awal rintangan sensor. Begitu juga, suhu mempengaruhi rintangan peralihan asas pemancar transistor. Dalam kes ini, transistor secara serentak boleh bertindak sebagai sensor suhu dan sebagai penguat isyaratnya sendiri. Oleh itu, penggunaan transistor sebagai penderia haba mempunyai kelebihan berbanding diod. Rajah 1b menunjukkan litar termometer di mana transistor (germanium atau silikon) digunakan sebagai penukar suhu. Dalam pembuatan termometer pada kedua-dua diod dan pada transistor, ia diperlukan untuk membina ciri penentukuran, manakala termometer merkuri boleh digunakan sebagai alat pengukur contoh. Inersia termometer pada diod dan transistor adalah kecil: pada diod - 30 s, pada transistor - 60 s. Kepentingan praktikal ialah litar jambatan dengan transistor di salah satu lengan (Rajah 1, c). Dalam litar ini, persimpangan pemancar dimasukkan ke dalam salah satu lengan jambatan R4, voltan penyekat kecil digunakan pada pengumpul.
Tag utama: diod, transistor, suhu |
|||||
|
|||||
|
|||||
Diod sebagai sensor suhu - fungsi semikonduktor
Diod ialah peranti paling mudah dalam konfigurasinya yang mempunyai sifat semikonduktor.
Di antara dua ekstrem diod (penderma dan penerima) terletak kawasan cas ruang, jika tidak: p-n-junction. "Jambatan" ini memastikan penembusan elektron dari satu bahagian ke bahagian yang lain, oleh itu, disebabkan oleh nama yang berbeza dari cas konstituennya, arus yang agak kecil, tetapi masih, muncul di dalam diod. Pergerakan elektron melalui diod hanya berlaku dalam satu arah. Sudah tentu, terdapat gerakan terbalik, tetapi ia sama sekali tidak penting, dan apabila anda cuba menyambungkan sumber kuasa ke arah ini, diod disekat oleh voltan terbalik. Ini meningkatkan ketumpatan bahan dan berlaku resapan. By the way, ia adalah untuk sebab ini bahawa diod dipanggil injap semikonduktor (terdapat pergerakan dalam satu arah, tetapi tidak dalam yang lain).
Jika anda cuba meningkatkan suhu diod, maka bilangan pembawa minoriti (elektron bergerak ke arah yang bertentangan dengan arah utama) akan meningkat, dan persimpangan p-n akan mula runtuh.
Prinsip interaksi antara kejatuhan voltan merentasi simpang p-n diod dan suhu diod itu sendiri didedahkan hampir serta-merta selepas ia direka bentuk.
Akibatnya, persimpangan p-n diod silikon ialah penderia suhu yang paling mudah. TKVnya (pekali suhu voltan) ialah 3 milivolt setiap darjah Celsius, dan titik jatuh voltan hadapan ialah kira-kira 0.7V.
Untuk operasi biasa, tahap voltan ini tidak semestinya rendah, oleh itu, bukan diod itu sendiri yang sering digunakan, tetapi persimpangan transistor p-n lengkap dengan pembahagi voltan asas.
Akibatnya, reka bentuk dalam kualitinya sepadan dengan keseluruhan jujukan diod. Akibatnya, penunjuk penurunan voltan boleh menjadi lebih besar daripada 0.7V.
Oleh kerana TCR (pekali suhu rintangan) diod adalah negatif (-2mV / ° C), ternyata sangat relevan untuk digunakan dalam varicaps, di mana ia memainkan peranan penstabil frekuensi resonans litar berayun. . Dikawal oleh suhu.
Data kejatuhan voltan diod
Apabila menganalisis bacaan multimeter digital, dapat diperhatikan bahawa data mengenai penurunan voltan merentasi persimpangan pn untuk diod silikon ialah 690-700 mV, dan untuk germanium - 400-450 mV (walaupun jenis diod ini praktikalnya tidak digunakan pada masa ini). Jika semasa pengukuran suhu diod meningkat, maka data multimeter, sebaliknya, akan berkurangan. Semakin besar daya pemanasan, semakin besar penurunan data digital.
Biasanya sifat ini digunakan untuk menstabilkan proses kerja dalam sistem elektronik (contohnya, untuk penguat frekuensi audio).
Skim termometer pada diod.
Penderia suhu untuk mikropengawal
Pada masa ini, banyak litar dibina pada mikropengawal, dan pelbagai meter suhu juga boleh disertakan di sini, di mana sensor semikonduktor boleh digunakan, dengan syarat suhu semasa operasinya tidak melebihi 125 ° C.
Memandangkan meter suhu ditentukur di kilang, tidak perlu menentukur dan melaraskan penderia.Keputusan yang diperoleh daripada mereka dalam bentuk data digital disalurkan kepada mikropengawal.
Aplikasi maklumat yang diterima bergantung pada kandungan perisian pengawal.
Antara lain, penderia sedemikian boleh beroperasi dalam mod termostatik, iaitu (dengan program yang telah ditetapkan) menghidupkan atau mematikan apabila suhu tertentu dicapai.
Walau bagaimanapun, jika penunjuk suhu lain menjadi rujukan, program itu perlu ditulis semula.
Aplikasi lain
Walaupun hari ini pilihan penderia suhu sangat luas, tiada siapa yang melupakan versi diod mereka, yang sering digunakan dalam seterika elektrik, pendiangan elektrik dan elektronik dalam erti kata yang luas.
Walaupun terdapat batasan dalam keadaan suhu, penderia diod mempunyai kelebihan ketara:
- murah relatif;
- dimensi sederhana;
– mudah memuatkan sejumlah besar peranti elektronik;
- sensitiviti dan ketepatan yang sangat baik.
Terima kasih kepada semua kualiti ini, bidang aplikasi penderia jenis ini berkembang dari tahun ke tahun.
Tulis komen, penambahan pada artikel, mungkin saya terlepas sesuatu. Lihat peta tapak, saya akan gembira jika anda mendapati sesuatu yang berguna di tapak saya.
Termometer elektronik ringkas pada transistor unijunction
kategori
Litar radio untuk rumah
I. Nechaev. KurskRadio, 1992, No 8, ms 17-18
Dalam artikel ini, kita akan bercakap tentang kemungkinan mereka bentuk peranti untuk mengukur suhu pada jarak jauh - di luar rumah atau, katakan, di balkoni "kedai sayur". Terdapat banyak skema yang membolehkan anda melaksanakan fungsi ini, tetapi terdapat ciri-ciri tertentu apabila memilih sensor sensitif suhu.
Sebagai peraturan, dalam kebanyakan kes, apabila mereka bentuk peranti sedemikian, termistor paling kerap digunakan oleh amatur radio. Mereka mempunyai pekali rintangan haba yang agak luas (selepas ini dirujuk sebagai TCR) - sehingga 8% setiap darjah. Walau bagaimanapun, ia sangat berbeza dalam zon suhu yang diukur. Jika untuk termometer rumah anda boleh menutup mata anda kepada fakta ini, maka jika kita bercakap tentang julat suhu yang luas (contohnya, seperti dalam kes kami, dari - 40 darjah C hingga + 40 darjah C), maka masalah tertentu timbul dengan pengijazahan peranti skala pengukur, ia hanya akan kehilangan kelinearannya.
Kami juga tahu bahawa persimpangan pn yang paling biasa bagi mana-mana peranti semikonduktor boleh berfungsi sebagai penderia suhu, bagaimanapun, TCH persimpangan mudah adalah sangat kecil - tidak lebih daripada 0.3% setiap darjah, dan ini memerlukan pengenalan litar penguat tambahan, yang sangat merumitkan reka bentuk.
Seperti yang ditunjukkan oleh pengalaman, transistor unijunction jenis KT117 paling sesuai untuk digunakan sebagai penderia suhu (ia digunakan dalam bekalan kuasa 2 \ 3 USCT TV dan tidak sukar untuk mencarinya) jika anda menyambungkannya seperti yang ditunjukkan dalam gambar
Hasil daripada kemasukan sedemikian, kami memperoleh termistor dengan rintangan 5 ... 10 kOhm dengan CTS kira-kira 0.7 ... 0.9% setiap darjah C. Dalam kes ini, skala peranti akan menjadi linear di atas keseluruhan julat suhu. Sifat transistor unijunction ini memungkinkan untuk menggunakannya sebagai penderia suhu dalam peranti, yang litarnya ditunjukkan dalam rajah.
Asas termometer elektronik yang dipertimbangkan ialah jambatan pengukur pada perintang R2-R5 dalam satu lengan yang mana transistor unijunction VT1 disambungkan. Mikroammeter PA1 dengan sifar di tengah dipasang di pepenjuru jambatan. Penerus gelombang penuh boleh berfungsi sebagai sumber kuasa; untuk tujuan ini, penstabil parametrik pada transistor VT2 dan diod zener VD1 dimasukkan ke dalam litar. Jika peranti akan dikendalikan untuk masa yang singkat (dihidupkan, dilihat, dimatikan), maka bateri 9 volt jenis "Krona" juga boleh digunakan, dalam hal ini litar penstabilan boleh dikecualikan daripada litar.
Intipati peranti adalah seperti berikut: semua perintang dalam litar ditetapkan, hanya rintangan sensor suhu, yang peranannya dimainkan oleh transistor, adalah berubah-ubah.Apabila suhu ambien berubah, arus melalui penderia suhu akan berubah. Selain itu, arus akan berubah kedua-duanya ke atas dengan peningkatan suhu, dan ke bawah dengan penurunan suhu. Ternyata ia kekal hanya dengan memilih perintang jambatan pengukur dan melaraskan perintang penalaan R1 untuk menetapkan bacaan instrumen anak panah ke sifar pada 0 darjah C.
Apabila menyediakan peranti, anda boleh menggunakan cadangan berikut - ais cair dari peti sejuk boleh digunakan sebagai rujukan untuk suhu "sifar". Ia juga tidak sukar untuk mendapatkan suhu 40 ... 50 darjah C. Anda boleh memanaskan ketuhar pada suhu yang dikehendaki. Oleh itu, anda boleh menetapkan kedudukan sifar peranti dan positif maksimum dengan membuat tanda yang sesuai pada skala. Tanda "tolak" boleh dibuat pada jarak yang sama dengan tanda "tambah", kerana skala pengukuran akan menjadi linear.
Semua bahagian termometer dipasang pada papan litar bercetak yang diperbuat daripada teksolit foil satu sisi, lakaran yang ditunjukkan dalam rajah.
Anggaran penampilan peranti ditunjukkan dalam rajah berikut.
Untuk termometer ini, mikroammeter jenis M4206 untuk arus 50 μA dengan sifar di tengah skala paling sesuai. Jika tiba-tiba peranti ini tidak tersedia, maka anda boleh menggunakan mana-mana mikroammeter lain untuk arus yang ditentukan (sebaik-baiknya dengan skala pengukur yang besar), tetapi kemudian butang tambahan perlu dimasukkan ke dalam litar supaya dapat mengawal positif dan suhu negatif secara berasingan, seperti yang ditunjukkan dalam rajah
Nah, pada akhirnya: jika perlu, peranti boleh dilengkapi dengan beberapa sensor suhu dengan menghidupkannya mengikut skema berikut
Oleh itu, kita akan dapat mengawal suhu dalam beberapa objek - contohnya, di rumah dan di jalanan.
Penderia terma pada transistor dalam litar MK
Sifat fizikal bahan semikonduktor adalah sedemikian rupa sehingga parameternya sangat bergantung pada suhu. Dalam litar penguat konvensional, fenomena ini diperjuangkan, manakala dalam meter suhu, sebaliknya, ia digalakkan.Sebagai contoh, dalam transistor silikon dengan arus pengumpul malar, dengan peningkatan suhu, voltan pemancar asas U ^^^ berkurangan dengan pekali teori 2.1 mV / ° C. Perubahan sebenar adalah berkadar dengan nisbah 1000|mV|/Gx1 K], di mana Gx ialah suhu sederhana pada skala Kelvin.
Contoh pengiraan. Biarkan voltan antara tapak dan pemancar transistor silikon piawai pada suhu 7;) = 20°C ialah ^^^
Dengan peningkatan suhu kesnya kepada G, \u003d 35 ° C, voltan ini berkurangan sebanyak 49m V: i
Voltan sebenar mungkin berbeza sedikit daripada yang dikira, bergantung pada kedudukan titik operasi transistor dan jenisnya. Walau apa pun, adalah disyorkan untuk mengurangkan dan menstabilkan arus yang mengalir melalui persimpangan /?-/7 untuk menghapuskan kesan pemanasan sendiri kristal.
nasi. 3.67. Skim untuk menyambungkan sensor terma transistor ke MK:
a) pengukuran suhu dalam julat -30…+150°C. Penderia suhu ialah transistor VTI, di mana voltan (/[^e "hanyut" dengan pekali kira-kira 2 mV / ° C. Perintang R4 dan 7 menetapkan julat suhu dan voltan penentukuran +3 V pada input MK pada suhu bilik + 25 ° C. Transistor VTI mempunyai bekas logam, hujungnya boleh ditekan ke dalam tiub plastik tahan haba dan keseluruhan struktur boleh digunakan sebagai probe atau probe luaran;
b) sensor suhu berdasarkan transistor simpang tunggal VTI memastikan kelinearan pengukuran suhu dalam julat 0…+ 100°C;
c) Transistor VTI digunakan khas dipasang pada permukaan bersaiz kecil (SMD). Ini adalah perlu untuk mengurangkan inersia haba sensor. Sebagai contoh, transistor SMD memasuki rejim terma yang stabil satu minit selepas lompatan suhu 10 ° C (transistor "besar" biasa mengambil masa beberapa kali lebih lama).Perintang /^/ mengimbangkan litar pembezaan yang terdiri daripada transistor VTI, VT2\
Pada Rajah. 3.67, a ... d menunjukkan gambar rajah sambungan penderia haba transistor ke MK.
d) transistor VT1 mempunyai lubang di badannya, yang melaluinya ia boleh diperbaiki dengan skru pada permukaan objek yang diukur. Pengumpul transistor disambungkan secara elektrik ke badannya, yang mesti diambil kira semasa pemasangan. Pekali penukaran suhu adalah berkadar terus dengan nisbah perintang R3/R2 (dalam litar ini, kira-kira 20 mV/°C).
Penderia terma pada transistor teras E
Dalam artikel ini, saya akan bercakap tentang menggunakan transistor bipolar sebagai sensor suhu. Penerangan diberikan dalam konteks menggunakannya untuk mengukur suhu heatsink (heat sink).
Kelebihan utama sensor suhu pada transistor ialah ia memberikan sentuhan haba yang baik dengan radiator dan ia agak mudah untuk membetulkannya di atasnya dan transistor bipolar tidak mahal.
Di bawah ialah gambarajah menukar transistor dan unit pemprosesan isyarat pada op-amp. VT1 ialah sensor transistor-terma, yang dipasang pada radiator.
Transistor sengaja digunakan dalam struktur p-n-p. heatsink sering disambungkan ke wayar biasa litar, dan pengumpul transistor dalam pakej TO-220 disambungkan ke sink haba, dan apabila memasang transistor, tidak perlu mengasingkannya secara elektrik daripada heatsink, yang memudahkan lagi reka bentuk.
Penurunan voltan merentasi simpang p-n berubah dengan peningkatan suhunya dengan kecuraman kira-kira -2 mV / darjah (iaitu, berkurangan dengan peningkatan suhu). Perubahan voltan kecil sedemikian tidak begitu mudah untuk memproses ADC, lebih-lebih lagi, ia lebih mudah apabila pergantungan adalah langsung, i.e. apabila suhu meningkat, isyarat suhu meningkat.
Pincang litar di atas, menyongsangkan dan menguatkan isyarat daripada transistor, memberikan peningkatan voltan keluaran dengan peningkatan suhu, dan berfungsi seperti berikut.
Daripada voltan rujukan yang dijana oleh pembahagi R1R2, penurunan voltan merentasi transistor ditolak dan hasil penolakan dikuatkan. Voltan rujukan dipilih tepat di atas penurunan voltan merentasi transistor pada suhu 25 darjah, yang memastikan voltan diukur di bawah 25 darjah.
Keuntungan litar ditentukan oleh nisbah R5/R4 + 1 dan untuk litar ini adalah sama dengan 11. Cerun akhir isyarat suhu ialah 2*11=22mV/darjah. Oleh itu, untuk memastikan pengukuran suhu dari 0 darjah, isyarat keluaran pada 25 darjah mestilah sekurang-kurangnya 25*0.022=0.55V. Lebihan voltan pincang pada penurunan pada transistor pada 25 darjah mestilah sekurang-kurangnya 0.05V.
Penurunan voltan merentasi transistor pada 25 darjah ialah 0.5-0.6V dan bergantung pada jenis transistor tertentu dan arus yang melaluinya, dan mungkin mustahil untuk memilih voltan rujukan "dengan cepat", oleh itu, pada peringkat penyahpepijatan, adalah perlu untuk memilih perintang R1R2 untuk jenis transistor dan arus tertentu melaluinya, dari satu transistor ke yang lain, nilai ini mungkin berubah, tetapi ini sudah boleh diperbetulkan oleh kaedah perisian.
Arus melalui transistor ditentukan oleh rintangan perintang R3, dalam litar ini arus adalah lebih kurang sama dengan 15mA. Nilai arus yang disyorkan melalui transistor ialah 10-20mA.
Litar di atas disesuaikan untuk ADC dengan voltan rujukan 3.3V, tetapi juga boleh digunakan untuk voltan rujukan 5V, untuk ini adalah perlu untuk meningkatkan keuntungan litar, berdasarkan julat suhu yang diperlukan.
Pada elemen R6VD1, litar pengehad voltan keluaran dipasang sekiranya berlaku situasi kecemasan, contohnya, putus wayar ke transistor. Jika voltan bekalan op-amp tidak melebihi voltan rujukan ADC, maka ia boleh dikecualikan.
Mana-mana op amp boleh digunakan sebagai DA1, menyediakan operasi dengan bekalan kuasa unipolar dan voltan input daripada 0V. Sebagai contoh, LM358 yang murah dan biasa.
Sebagai transistor, sebarang transistor bukan komposit bagi struktur p-n-p boleh digunakan.
