Appareil et types
Une thermistance est un dispositif semi-conducteur dont la résistance dépend de sa température. Selon le type d'élément, la résistance peut augmenter ou diminuer à mesure qu'il chauffe. Il existe deux types de thermistances :
- NTC (coefficient de température négatif) - avec un coefficient de température négatif de résistance (TCR). Ils sont souvent appelés "thermistances".
- PTC (Positive Temperature Coefficient) - avec un TCS positif. Ils sont aussi appelés "Pozistors".
Important! Le coefficient de température de la résistance électrique est la dépendance de la résistance à la température. Décrit de combien d'ohms ou de pourcentage de la valeur nominale la résistance de l'élément change lorsque sa température augmente de 1 degré Celsius
Par exemple, les résistances conventionnelles ont un TCR positif (lorsqu'elles sont chauffées, la résistance des conducteurs augmente).
Les thermistances sont à basse température (jusqu'à 170K), à moyenne température (170-510K) et à haute température (900-1300K). Le corps de l'élément peut être en plastique, en verre, en métal ou en céramique.
La désignation graphique symbolique des thermistances dans le schéma ressemble aux résistances ordinaires, et la seule différence est qu'elles sont barrées d'une bande et la lettre t est indiquée à côté.
Soit dit en passant, c'est ainsi que sont désignées toutes les résistances, dont la résistance change sous l'influence de l'environnement, et le type de grandeurs d'influence est indiqué par la lettre, t est la température.
Caractéristiques principales:
- Résistance nominale à 25 degrés Celsius.
- Courant maximal ou dissipation de puissance.
- Plage de température de fonctionnement.
- TKS.
Fait intéressant : La thermistance a été inventée en 1930 par le scientifique Samuel Ruben.
Examinons de plus près comment cela fonctionne et à quoi sert chacun d'eux.
des mesures
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Pour mesurer la température, des diodes semi-conductrices et des transistors peuvent être utilisés comme convertisseurs thermiques. En effet, à une valeur constante du courant circulant dans le sens direct, par exemple à travers la jonction d'une diode, la tension à la jonction change presque linéairement avec la température. Pour que la valeur du courant soit constante, il suffit d'inclure une grande résistance active en série avec la diode. Dans ce cas, le courant traversant la diode ne doit pas la faire chauffer. Il est possible de construire une caractéristique d'étalonnage d'un tel capteur de température en utilisant deux points - au début et à la fin de la plage de température mesurée. La figure 1, a montre le circuit de mesure de température utilisant la diode VD. Une batterie peut servir de source d'alimentation.
Riz. 1. Schéma de mesure de la température à l'aide d'une diode (a) et de transistors (b, c). Les micros chevalet permettent d'augmenter la sensibilité relative de l'appareil en compensant la valeur initiale de la résistance du capteur. De même, la température affecte la résistance de la transition émetteur-base des transistors. Dans ce cas, le transistor peut agir simultanément à la fois comme capteur de température et comme amplificateur de son propre signal. Par conséquent, l'utilisation de transistors comme capteurs thermiques présente un avantage par rapport aux diodes. La figure 1b montre un circuit de thermomètre dans lequel un transistor (germanium ou silicium) est utilisé comme convertisseur de température. Dans la fabrication de thermomètres à la fois sur diodes et sur transistors, il est nécessaire de construire une caractéristique d'étalonnage, tandis qu'un thermomètre à mercure peut être utilisé comme exemple d'instrument de mesure. L'inertie des thermomètres sur les diodes et les transistors est faible: sur une diode - 30 s, sur un transistor - 60 s. Un circuit en pont avec un transistor dans l'un des bras (Fig. 1, c) présente un intérêt pratique. Dans ce circuit, la jonction d'émetteur est incluse dans l'un des bras du pont R4, une petite tension de blocage est appliquée au collecteur.
Mots clés : diode, transistor, température |
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Diode comme capteur de température - fonction semi-conducteur
Une diode est le dispositif le plus simple dans sa configuration qui possède les propriétés d'un semi-conducteur.
Entre les deux extrémités de la diode (donneur et accepteur) se trouve la région de charge d'espace, autrement : jonction p-n. Ce "pont" assure la pénétration des électrons d'une partie à l'autre, donc, en raison des différents noms de ses charges constitutives, un courant assez faible, mais quand même, apparaît à l'intérieur de la diode. Le mouvement des électrons à travers la diode ne se produit que dans une seule direction. Bien sûr, il y a un mouvement inverse, mais il est totalement insignifiant, et lorsque vous essayez de connecter une source d'alimentation dans ce sens, la diode est bloquée par une tension inverse. Cela augmente la densité de la substance et la diffusion se produit. Soit dit en passant, c'est pour cette raison que la diode s'appelle une valve à semi-conducteur (il y a un mouvement dans un sens, mais pas dans l'autre).
Si vous essayez d'augmenter la température de la diode, le nombre de porteurs minoritaires (électrons se déplaçant dans la direction opposée à la direction principale) augmentera et la jonction p-n commencera à s'effondrer.
Le principe de l'interaction entre la chute de tension à travers la jonction p-n de la diode et la température de la diode elle-même a été révélé presque immédiatement après sa conception.
En conséquence, la jonction p-n d'une diode au silicium est le capteur de température le plus simple. Son TKV (coefficient de température de tension) est de 3 millivolts par degré Celsius et le point de chute de tension directe est d'environ 0,7 V.
Pour un fonctionnement normal, ce niveau de tension est inutilement bas, par conséquent, ce n'est pas la diode elle-même qui est souvent utilisée, mais les jonctions p-n du transistor avec un diviseur de tension de base.
En conséquence, la conception dans ses qualités correspond à toute la séquence de diodes. En conséquence, l'indicateur de chute de tension peut être bien supérieur à 0,7 V.
Le TCR (coefficient de température de résistance) de la diode étant négatif (-2mV/°C), elle s'est avérée très pertinente pour une utilisation dans les varicaps, où elle joue le rôle de stabilisateur de la fréquence de résonance du circuit oscillant . Contrôlé par la température.
Données de chute de tension de diode
Lors de l'analyse des lectures d'un multimètre numérique, on peut noter que les données sur la chute de tension à travers la jonction pn pour les diodes au silicium sont de 690-700 mV, et pour le germanium - 400-450 mV (bien que ce type de diode ne soit pratiquement pas utilisé pour le moment). Si pendant la mesure la température de la diode augmente, les données du multimètre, au contraire, diminueront. Plus la force de chauffe est importante, plus la chute des données numériques est importante.
Habituellement, cette propriété est utilisée pour stabiliser le processus de travail dans un système électronique (par exemple, pour les amplificateurs de fréquence audio).
Schéma d'un thermomètre sur une diode.
Capteurs de température pour microcontrôleur
À l'heure actuelle, de nombreux circuits sont construits sur des microcontrôleurs, et divers compteurs de température peuvent également être inclus ici, dans lesquels des capteurs à semi-conducteurs peuvent être utilisés, à condition que la température pendant leur fonctionnement ne dépasse pas 125 ° C.
Étant donné que les thermomètres sont calibrés en usine, il n'est pas nécessaire de calibrer et d'ajuster les capteurs.Les résultats obtenus sous forme de données numériques sont transmis au microcontrôleur.
L'application des informations reçues dépend du contenu logiciel du contrôleur.
Entre autres choses, de tels capteurs peuvent fonctionner en mode thermostatique, c'est-à-dire (avec un programme prédéterminé) s'allumer ou s'éteindre lorsqu'une certaine température est atteinte.
Cependant, si d'autres indicateurs de température deviennent référence, le programme devra être réécrit.
Autres applications
Bien qu'aujourd'hui le choix des capteurs de température soit très large, personne n'oublie leur version à diode, souvent utilisée dans les fers à repasser électriques, les foyers électriques et l'électronique au sens le plus large.
Malgré les limitations des conditions de température, les capteurs à diodes ont leurs avantages non négligeables :
- bon marché relatif ;
- dimensions modestes ;
- s'adapte facilement à un grand nombre d'appareils électroniques ;
- excellente sensibilité et précision.
Grâce à toutes ces qualités, le champ d'application des capteurs de ce type s'élargit d'année en année.
Écrivez des commentaires, des ajouts à l'article, j'ai peut-être raté quelque chose. Jetez un œil au plan du site, je serai heureux si vous trouvez autre chose d'utile sur mon site.
Un thermomètre électronique simple sur un transistor unijonction
Catégorie
Circuits radio pour la maison
I. Nechaev. KourskRadio, 1992, n° 8, p. 17-18
Dans cet article, nous parlerons de la possibilité de concevoir des appareils pour mesurer la température à distance - à l'extérieur de la maison ou, par exemple, dans un balcon "magasin de légumes". Il existe de nombreux schémas qui vous permettent d'effectuer cette fonction, mais il existe certaines caractéristiques lors du choix d'un capteur sensible à la température.
En règle générale, dans la plupart des cas, lors de la conception de tels appareils, les thermistances sont le plus souvent utilisées par les radioamateurs. Ils ont un coefficient de résistance thermique assez large (ci-après dénommé TCR) - jusqu'à 8% par degré. Cependant, elle varie fortement dans la zone des températures mesurées. Si pour les thermomètres domestiques, vous pouvez fermer les yeux sur ce fait, alors si nous parlons d'une large plage de températures (par exemple, comme dans notre cas, de - 40 degrés C à + 40 degrés C), alors certains problèmes se posent avec le graduation de l'appareil de mesure, il perdra simplement sa linéarité.
Nous savons également que la jonction pn la plus courante de tout dispositif semi-conducteur peut servir de capteur de température, cependant, le TCH d'une simple jonction est très faible - pas plus de 0,3% par degré, et cela nécessite l'introduction de circuits amplificateurs supplémentaires, ce qui complique grandement la conception.
Comme l'expérience l'a montré, les transistors unijonction de type KT117 sont les mieux adaptés pour être utilisés comme capteur de température (ils ont été utilisés dans les alimentations de téléviseurs 2 \ 3 USCT et il ne sera pas difficile de les trouver) si vous le connectez comme indiqué sur la photo
À la suite d'une telle inclusion, nous obtenons une thermistance avec une résistance de 5 ... 10 kOhm avec un CTS d'environ 0,7 ... 0,9% par degré C. Dans ce cas, l'échelle de l'appareil sera linéaire sur la toute la plage de température. Cette propriété d'un transistor unijonction a permis de l'utiliser comme capteur de température dans un appareil dont le circuit est représenté sur la figure.
La base du thermomètre électronique considéré est un pont de mesure sur les résistances R2-R5 dans un bras duquel un transistor unijonction VT1 est connecté. Un microampèremètre PA1 avec zéro au milieu est installé dans la diagonale du pont. Un redresseur pleine onde peut servir de source d'alimentation; à cet effet, un stabilisateur paramétrique sur un transistor VT2 et une diode zener VD1 est introduit dans le circuit. Si l'appareil doit fonctionner pendant une courte période (allumé, regardé, éteint), une batterie de 9 volts de type «Krona» peut également être utilisée, auquel cas les circuits de stabilisation peuvent être exclus du circuit.
L'essence de l'appareil est la suivante: toutes les résistances du circuit sont fixes, seule la résistance du capteur de température, dont le rôle est joué par le transistor, est variable.Lorsque la température ambiante change, le courant traversant le capteur de température change. De plus, le courant changera à la fois vers le haut avec une augmentation de la température et vers le bas avec une diminution de la température.Il s'avère qu'il ne reste qu'en sélectionnant les résistances du pont de mesure et en ajustant la résistance d'accord R1 pour régler les lectures de l'instrument flèche vers zéro à 0 degrés C.
Lors de la configuration de l'appareil, vous pouvez utiliser les recommandations suivantes - la fonte de la glace du réfrigérateur peut être utilisée comme référence pour la température "zéro". Il n'est pas non plus difficile d'obtenir une température de 40 ... 50 degrés C. Vous pouvez simplement chauffer le four à la température souhaitée. Ainsi, vous pouvez définir la position zéro de l'appareil et le maximum positif en faisant les marques appropriées sur l'échelle. La marque "moins" peut être placée à la même distance que la marque "plus", car l'échelle de mesure sera linéaire.
Toutes les parties du thermomètre sont montées sur une carte de circuit imprimé en textolite à feuille unilatérale, dont un croquis est illustré sur la figure.
Une apparence approximative de l'appareil est illustrée dans la figure suivante.
Pour ce thermomètre, un microampèremètre de type M4206 pour un courant de 50 μA avec un zéro au milieu de l'échelle est le mieux adapté. Si soudainement cet appareil n'était pas disponible, vous pouvez utiliser n'importe quel autre microampèremètre pour le courant spécifié (de préférence avec une grande échelle de mesure), mais un bouton supplémentaire devra alors être introduit dans le circuit afin qu'il soit possible de contrôler positif et températures négatives séparément, comme indiqué sur la figure
Eh bien, au final: si nécessaire, l'appareil peut être équipé de plusieurs capteurs de température en les allumant selon le schéma suivant
Ainsi, nous pourrons contrôler la température de plusieurs objets - par exemple, à la maison et dans la rue.
Capteurs thermiques sur transistors dans les circuits MK
La nature physique des matériaux semi-conducteurs est telle que leurs paramètres dépendent assez fortement de la température. Dans les circuits amplificateurs classiques, ce phénomène est combattu, alors que dans les thermomètres, au contraire, ils sont encouragés.Par exemple, dans les transistors au silicium à courant de collecteur constant, avec l'augmentation de la température, la tension base-émetteur U^^^ diminue avec un coefficient théorique de 2,1 mV/°C. Le changement réel est proportionnel au rapport 1000|mV|/Gx1 K], où Gx est la température du milieu sur l'échelle Kelvin.
Exemple de calcul. Soit la tension entre la base et l'émetteur d'un transistor au silicium standard à une température de 7 ;) = 20°C soit ^^^
Avec une augmentation de la température de son boîtier à G, \u003d 35 ° C, cette tension diminue de 49m V: i
La tension réelle peut différer légèrement de celle calculée, en fonction de la position du point de fonctionnement du transistor et de son type. Dans tous les cas, il est recommandé de réduire et de stabiliser le courant traversant la jonction /?-/7 afin d'éliminer l'effet d'auto-échauffement du cristal.
Riz. 3.67. Schémas de connexion des capteurs thermiques à transistor à MK :
a) mesure de la température dans la plage de -30…+150°C. Le capteur de température est le transistor VTI, dans lequel la tension (/[^e "dérive" avec un coefficient d'environ 2 mV / ° C. Les résistances R4 et 7 définissent la plage de température et la tension d'étalonnage +3 V à l'entrée MK à température ambiante + 25 ° C. Le transistor VTI a un boîtier en métal dont l'extrémité peut être enfoncée dans un tube en plastique résistant à la chaleur et toute la structure peut être utilisée comme sonde ou sonde externe;
b) un capteur de température basé sur un transistor à simple jonction VTI fournit une linéarité de mesure de température dans la plage de 0…+ 100°С ;
c) Le transistor VTI est spécialement utilisé pour les petits montages en surface (SMD). Ceci est nécessaire pour réduire l'inertie thermique du capteur. Par exemple, un transistor SMD entre dans un régime thermique stable une minute après un saut de température de 10 ° C (un "gros" transistor typique prend plusieurs fois plus de temps).La résistance /^/ équilibre le circuit différentiel composé de transistors VTI, VT2\
Sur la Fig. 3.67, a ... d montre les schémas de connexion des capteurs thermiques à transistors au MK.
d) le transistor VT1 a un trou dans son corps, à travers lequel il peut être fixé avec une vis sur la surface de l'objet à mesurer. Le collecteur du transistor est relié électriquement à son corps, ce qui doit être pris en compte lors de l'installation. Le coefficient de conversion de température est directement proportionnel au rapport des résistances R3/R2 (dans ce circuit, environ 20 mV/°C).
Capteur thermique sur transistor E-core
Dans cet article, je parlerai de l'utilisation d'un transistor bipolaire comme capteur de température. La description est donnée dans le cadre de son utilisation pour mesurer la température d'un radiateur (dissipateur thermique).
Le principal avantage du capteur de température sur le transistor est qu'il offre un bon contact thermique avec le radiateur et qu'il est relativement facile de le fixer dessus et que le transistor bipolaire n'est pas cher.
Vous trouverez ci-dessous un schéma d'activation d'un transistor et d'une unité de traitement du signal sur un amplificateur opérationnel. VT1 est le capteur de température à transistor, qui est fixé au radiateur.
Le transistor est intentionnellement utilisé dans les structures p-n-p. le dissipateur thermique est souvent connecté au fil commun du circuit, et le collecteur du transistor dans le boîtier TO-220 est connecté au dissipateur thermique, et lors de la fixation du transistor, il n'est pas nécessaire de l'isoler électriquement du dissipateur thermique, ce qui simplifie encore la conception.
La chute de tension à travers la jonction p-n change avec une augmentation de sa température avec une pente d'environ -2 mV / degré (c'est-à-dire qu'elle diminue avec l'augmentation de la température). Un si petit changement de tension n'est pas très pratique pour traiter l'ADC, de plus, il est plus pratique lorsque la dépendance est directe, c'est-à-dire à mesure que la température augmente, le signal de température augmente.
Le circuit ci-dessus polarise, inverse et amplifie le signal du transistor, fournissant une augmentation de la tension de sortie avec l'augmentation de la température, et fonctionne comme suit.
A partir de la tension de référence générée par le diviseur R1R2, la chute de tension aux bornes du transistor est soustraite et le résultat de la soustraction est amplifié. La tension de référence est sélectionnée juste au-dessus de la chute de tension aux bornes du transistor à une température de 25 degrés, ce qui garantit que la tension est mesurée en dessous de 25 degrés.
Le gain du circuit est déterminé par le rapport R5/R4 + 1 et pour ce circuit est égal à 11. La pente finale du signal de température est 2*11=22mV/degré. Ainsi, pour assurer une mesure de température à partir de 0 degrés, le signal de sortie à 25 degrés doit être au minimum de 25*0,022=0,55V. L'excédent de la tension de polarisation sur la chute sur le transistor à 25 degrés doit être d'au moins 0,05 V.
La chute de tension aux bornes du transistor à 25 degrés est de 0,5 à 0,6 V et dépend du type spécifique de transistor et du courant qui le traverse, et il est probablement impossible de sélectionner la tension de référence "à la volée", donc, à l'étape de débogage, il est nécessaire de sélectionner les résistances R1R2 pour un type de transistor spécifique et le courant qui le traverse, d'un transistor à l'autre, cette valeur peut changer, mais cela peut déjà être corrigé par des méthodes logicielles.
Le courant à travers le transistor est déterminé par la résistance de la résistance R3, dans ce circuit le courant est approximativement égal à 15mA. La valeur recommandée du courant à travers le transistor est de 10-20mA.
Le circuit ci-dessus est adapté pour un ADC avec une tension de référence de 3,3V, mais peut également être utilisé pour une tension de référence de 5V, pour cela il faut augmenter le gain du circuit, en fonction de la plage de température requise.
Sur les éléments R6VD1, un circuit de limitation de tension de sortie est assemblé en cas de situations d'urgence, par exemple, une rupture de fil au transistor. Si la tension d'alimentation de l'ampli-op ne dépasse pas la tension de référence de l'ADC, ils peuvent être exclus.
Comme DA1, n'importe quel ampli op peut être utilisé qui fournit un fonctionnement avec une alimentation unipolaire et une tension d'entrée à partir de 0V. Par exemple, le LM358 bon marché et commun.
En tant que transistor, tout transistor non composite d'une structure p-n-p peut être utilisé.
