Enhet og typer
En termistor er en halvlederenhet hvis motstand avhenger av temperaturen. Avhengig av type element kan motstanden stige eller falle når den varmes opp. Det finnes to typer termistorer:
- NTC (Negative Temperature Coefficient) - med en negativ temperaturkoeffisient for motstand (TCR). De blir ofte referert til som "termistorer".
- PTC (Positive Temperature Coefficient) - med positiv TCS. De kalles også "Pozistors".
Viktig! Temperaturkoeffisienten for elektrisk motstand er motstandens avhengighet av temperaturen. Beskriver hvor mange ohm eller prosent av den nominelle verdien motstanden til elementet endres når temperaturen stiger med 1 grad Celsius
For eksempel har konvensjonelle motstander en positiv TCR (ved oppvarming øker motstanden til lederne).
Termistorer er lavtemperatur (opptil 170K), middels temperatur (170-510K) og høytemperatur (900-1300K). Elementets kropp kan være laget av plast, glass, metall eller keramikk.
Den symbolske grafiske betegnelsen på termistorer i diagrammet ligner vanlige motstander, og den eneste forskjellen er at de er krysset ut med en stripe og bokstaven t er angitt ved siden av.
Forresten, dette er hvordan eventuelle motstander er utpekt, hvis motstand endres under påvirkning av miljøet, og typen påvirkningsmengder er angitt med bokstaven, t er temperatur.
Hovedtrekk:
- Nominell motstand ved 25 grader Celsius.
- Maksimal strøm eller effekttap.
- Driftstemperaturområde.
- TKS.
Interessant faktum: Termistoren ble oppfunnet i 1930 av vitenskapsmannen Samuel Ruben.
La oss se nærmere på hvordan det fungerer og hva hver av dem er for.
målinger
|
|
|||||
|
For å måle temperatur kan halvlederdioder og transistorer brukes som termiske omformere. Dette er fordi ved en konstant verdi av strømmen som flyter i foroverretningen, for eksempel gjennom krysset til en diode, endres spenningen ved krysset nesten lineært med temperaturen. For at strømverdien skal være konstant, er det nok å inkludere en stor aktiv motstand i serie med dioden. I dette tilfellet bør strømmen som går gjennom dioden ikke føre til at den varmes opp. Det er mulig å bygge en kalibreringskarakteristikk for en slik temperatursensor ved å bruke to punkter - i begynnelsen og på slutten av det målte temperaturområdet. Figur 1, a viser temperaturmålekretsen ved bruk av VD-dioden. Et batteri kan tjene som en strømkilde.
Ris. 1. Skjema for måling av temperatur ved hjelp av en diode (a) og transistorer (b, c). Bridge pickuper lar deg øke den relative følsomheten til enheten ved å kompensere startverdien til sensormotstanden. På samme måte påvirker temperaturen motstanden til emitter-base-overgangen til transistorer. I dette tilfellet kan transistoren samtidig fungere både som en temperatursensor og som en forsterker av sitt eget signal. Derfor har bruken av transistorer som termiske sensorer en fordel fremfor dioder. Figur 1b viser en termometerkrets der en transistor (germanium eller silisium) brukes som temperaturomformer. Ved fremstilling av termometre både på dioder og på transistorer kreves det å bygge en kalibreringskarakteristikk, mens et kvikksølvtermometer kan brukes som et eksemplarisk måleinstrument. Tregheten til termometre på dioder og transistorer er liten: på en diode - 30 s, på en transistor - 60 s. Av praktisk interesse er en brokrets med en transistor i en av armene (fig. 1, c). I denne kretsen er emitterkrysset inkludert i en av armene til broen R4, en liten blokkeringsspenning påføres kollektoren.
Nøkkelkoder: diode, transistor, temperatur |
|||||
|
|||||
|
|||||
Diode som temperatursensor - halvlederfunksjon
En diode er den enkleste enheten i sin konfigurasjon som har egenskapene til en halvleder.
Mellom de to ytterpunktene til dioden (donor og akseptor) ligger romladningsområdet, ellers: p-n-kryss. Denne "broen" sikrer penetrasjon av elektroner fra en del til en annen, derfor, på grunn av de forskjellige navnene på dens bestanddeler, vises en ganske liten, men fortsatt, strøm inne i dioden. Bevegelsen av elektroner gjennom dioden skjer bare i én retning. Selvfølgelig er det en omvendt bevegelse, men den er helt ubetydelig, og når du prøver å koble til en strømkilde i denne retningen, blokkeres dioden av omvendt spenning. Dette øker stoffets tetthet og diffusjon oppstår. Forresten, det er av denne grunn at dioden kalles en halvlederventil (det er bevegelse i en retning, men ikke i den andre).
Hvis du prøver å øke temperaturen på dioden, vil antallet minoritetsbærere (elektroner som beveger seg i motsatt retning av hovedretningen) øke, og p-n-krysset vil begynne å kollapse.
Prinsippet for interaksjon mellom spenningsfallet over dioden p-n-kryss og temperaturen på selve dioden ble avslørt nesten umiddelbart etter at den ble designet.
Som et resultat er p-n-krysset til en silisiumdiode den enkleste temperatursensoren. Dens TKV (spenningstemperaturkoeffisient) er 3 millivolt per grad Celsius, og spenningsfallet forover er omtrent 0,7V.
For normal drift er dette spenningsnivået unødvendig lavt, derfor brukes ofte ikke selve dioden, men transistor p-n-kryss komplett med en grunnleggende spenningsdeler.
Som et resultat tilsvarer designet i sine kvaliteter hele sekvensen av dioder. Som et resultat kan spenningsfallsindikatoren være mye større enn 0,7V.
Siden TCR (temperaturkoeffisient for motstand) til dioden er negativ (-2mV / ° C), viste det seg å være veldig relevant for bruk i varicaps, hvor den spiller rollen som en stabilisator av resonansfrekvensen til oscillerende krets. . Styres av temperatur.
Diode spenningsfall data
Når man analyserer avlesningene til et digitalt multimeter, kan det bemerkes at dataene om spenningsfallet over pn-krysset for silisiumdioder er 690-700 mV, og for germanium - 400-450 mV (selv om denne typen diode praktisk talt ikke er brukes for øyeblikket). Hvis temperaturen på dioden stiger under målingen, vil multimeterdataene tvert imot reduseres. Jo større varmekraft, jo større fall i digitale data.
Vanligvis brukes denne egenskapen til å stabilisere arbeidsprosessen i et elektronisk system (for eksempel for lydfrekvensforsterkere).
Skjema av et termometer på en diode.
Temperatursensorer for mikrokontroller
For øyeblikket er mange kretser bygget på mikrokontrollere, og forskjellige temperaturmålere kan også inkluderes her, der halvledersensorer kan brukes, forutsatt at temperaturen under driften ikke overstiger 125 ° C.
Siden temperaturmålerne er kalibrert fra fabrikk, er det ikke nødvendig å kalibrere og justere sensorene.Resultatene oppnådd fra dem i form av digitale data mates til mikrokontrolleren.
Anvendelsen av den mottatte informasjonen avhenger av programvareinnholdet til kontrolleren.
Blant annet kan slike sensorer operere i en termostatisk modus, det vil si (med et forhåndsbestemt program) slå på eller av når en viss temperatur er nådd.
Men hvis andre temperaturindikatorer blir referanse, må programmet skrives om.
Andre applikasjoner
Selv om utvalget av temperatursensorer i dag er veldig bredt, er det ingen som glemmer diodeversjonen deres, som ofte brukes i elektriske strykejern, elektriske peiser og elektronikk i sin videste forstand.
Til tross for begrensningene i temperaturforhold, har diodesensorer sine betydelige fordeler:
- relativ billighet;
- beskjedne dimensjoner;
- enkelt passe et stort antall elektroniske enheter;
- utmerket følsomhet og nøyaktighet.
Takket være alle disse egenskapene vokser bruksområdet for sensorer av denne typen fra år til år.
Skriv kommentarer, tillegg til artikkelen, kanskje jeg gikk glipp av noe. Ta en titt på nettstedskartet, jeg blir glad hvis du finner noe annet nyttig på siden min.
Et enkelt elektronisk termometer på en unijunction transistor
kategori
Radiokretser for hjemmet
I. Nechaev. KurskRadio, 1992, nr. 8, s. 17-18
I denne artikkelen vil vi snakke om muligheten for å designe enheter for å måle temperatur på avstand - utenfor huset eller for eksempel på en balkong "grønnsaksbutikk". Det er mange ordninger som lar deg utføre denne funksjonen, men det er visse funksjoner når du velger en temperaturfølsom sensor.
Som regel, i de fleste tilfeller, når du designer slike enheter, brukes termistorer oftest av radioamatører. De har en ganske bred termisk motstandskoeffisient (heretter kalt TCR) - opptil 8 % per grad. Det varierer imidlertid mye i sonen for målte temperaturer. Hvis du for hjemmetermometre kan lukke øynene for dette faktum, så hvis vi snakker om et bredt temperaturområde (for eksempel, som i vårt tilfelle, fra - 40 grader C til + 40 grader C), så oppstår det visse problemer med gradering av måleskalaenheten, vil den rett og slett miste sin linearitet.
Vi vet også at det vanligste pn-krysset til enhver halvlederenhet kan tjene som en temperatursensor, men TCH til et enkelt kryss er veldig lite - ikke mer enn 0,3% per grad, og dette krever innføring av ytterligere forsterkerkretser, noe som kompliserer designet betydelig.
Som erfaringen har vist, er unijunction-transistorer av typen KT117 best egnet for bruk som temperatursensor (de ble brukt i strømforsyningen til 2 \ 3 USCT-TV-er, og det vil ikke være vanskelig å finne dem) hvis du kobler den til som vist i bildet
Som et resultat av en slik inkludering får vi en termistor med en motstand på 5 ... 10 kOhm med en CTS på omtrent 0,7 ... 0,9 % per grad C. I dette tilfellet vil skalaen til enheten være lineær over hele temperaturområdet. Denne egenskapen til en unijunction transistor gjorde det mulig å bruke den som en temperatursensor i en enhet, hvis krets er vist i figuren.
Grunnlaget for det betraktede elektroniske termometeret er en målebro på motstandene R2-R5 i den ene armen som en unijunction transistor VT1 er koblet til. Et PA1 mikroamperemeter med null i midten er installert i diagonalen på brua. En fullbølgelikeretter kan tjene som en strømkilde; for dette formålet introduseres en parametrisk stabilisator på en VT2-transistor og en VD1-zenerdiode i kretsen. Hvis enheten skal brukes i kort tid (slått på, sett, slått av), kan et 9-volts batteri av typen "Krona" også brukes, i så fall kan stabiliseringskretsene ekskluderes fra kretsen.
Essensen av enheten er som følger: alle motstander i kretsen er faste, bare motstanden til temperatursensoren, hvis rolle spilles av transistoren, er variabel.Når omgivelsestemperaturen endres, vil strømmen gjennom temperatursensoren endres. Dessuten vil strømmen endres både oppover med en temperaturøkning, og nedover med en temperaturnedgang.Det viser seg at den gjenstår bare ved å velge motstandene til målebroen og justere tuningmotstanden R1 for å stille inn avlesningene til instrumentet pilen til null ved 0 grader C.
Når du setter opp enheten, kan du bruke følgende anbefalinger - smeltende is fra kjøleskapet kan brukes som referanse for "null" temperatur. Det er heller ikke vanskelig å få en temperatur på 40 ... 50 grader C. Du kan ganske enkelt varme ovnen til ønsket temperatur. Dermed kan du stille inn nullposisjonen til enheten og maksimal positiv ved å lage de riktige merkene på skalaen. "Minus"-merket kan lages i samme avstand som "pluss"-merket, fordi måleskalaen vil være lineær.
Alle deler av termometeret er montert på et trykt kretskort laget av ensidig folietekstolitt, en skisse som er vist på figuren.
Et omtrentlig utseende av enheten er vist i følgende figur.
For dette termometeret er et mikroamperemeter av typen M4206 for en strøm på 50 μA med en null i midten av skalaen best egnet. Hvis plutselig denne enheten ikke var tilgjengelig, kan du bruke et hvilket som helst annet mikroamperemeter for den spesifiserte strømmen (fortrinnsvis med en stor måleskala), men da må en ekstra knapp introduseres i kretsen slik at det er mulig å kontrollere positiv og negative temperaturer separat, som vist på figuren
Vel, til slutt: om nødvendig kan enheten utstyres med flere temperatursensorer ved å slå dem på i henhold til følgende skjema
Dermed vil vi kunne kontrollere temperaturen i flere objekter – for eksempel hjemme og på gaten.
Termiske sensorer på transistorer i MK-kretser
Den fysiske naturen til halvledermaterialer er slik at parametrene deres avhenger ganske sterkt av temperaturen. I konvensjonelle forsterkerkretser bekjempes dette fenomenet, mens det i temperaturmålere tvert imot oppmuntres.For eksempel i silisiumtransistorer med konstant kollektorstrøm, med økende temperatur, synker base-emitterspenningen U^^^ med en teoretisk koeffisient på 2,1 mV / ° C. Den faktiske endringen er proporsjonal med forholdet 1000|mV|/Gx1 K], der Gx er middeltemperaturen på Kelvin-skalaen.
Regneeksempel. La spenningen mellom basen og emitteren til en standard silisiumtransistor ved en temperatur på 7;) = 20°C være ^^^
Med en økning i temperaturen på saken til G, \u003d 35 ° C, reduseres denne spenningen med 49m V: i
Den faktiske spenningen kan avvike litt fra den beregnede, avhengig av posisjonen til transistorens driftspunkt og dens type. I alle fall anbefales det å redusere og stabilisere strømmen som flyter gjennom /?-/7-krysset for å eliminere effekten av selvoppvarming av krystallen.
Ris. 3,67. Opplegg for tilkobling av termiske transistorsensorer til MK:
a) temperaturmåling i området -30...+150°C. Temperatursensoren er VTI-transistoren, der spenningen (/[^e "drifter" med en koeffisient på ca. 2 mV / ° C. Motstander R4 og 7 setter temperaturområdet og +3 V kalibreringsspenning ved MK-inngangen kl. romtemperatur + 25 ° C. Transistor VTI har et metallhus, hvis ende kan presses inn i et varmebestandig plastrør og hele strukturen kan brukes som en ekstern sonde eller sonde;
b) en temperatursensor basert på en enkeltkryss transistor VTI sikrer linearitet av temperaturmåling i området 0...+ 100°С;
c) VTI-transistoren er spesielt brukt liten størrelse overflatemontert (SMD). Dette er nødvendig for å redusere den termiske tregheten til sensoren. For eksempel går en SMD-transistor inn i et stabilt termisk regime ett minutt etter et temperaturhopp på 10 ° C (en typisk "stor" transistor tar flere ganger lengre tid).Motstanden /^/ balanserer differensialkretsen som består av transistorer VTI, VT2\
På fig. 3.67, a ... d viser koblingsskjemaene til transistor termiske sensorer til MK.
d) transistor VT1 har et hull i kroppen, som den kan festes gjennom med en skrue på overflaten av objektet som måles. Transistorens kollektor er elektrisk koblet til kroppen, noe som må tas i betraktning under installasjonen. Temperaturkonverteringskoeffisienten er direkte proporsjonal med forholdet mellom motstandene R3/R2 (i denne kretsen, ca. 20 mV/°C).
Termisk sensor på E-kjerne transistor
I denne artikkelen vil jeg snakke om å bruke en bipolar transistor som temperatursensor. Beskrivelsen er gitt i sammenheng med å bruke den til å måle temperaturen på en kjøleribbe (kjøleribbe).
Hovedfordelen med temperatursensoren på transistoren er at den gir god termisk kontakt med radiatoren og det er relativt enkelt å feste den på den og den bipolare transistoren er ikke dyr.
Nedenfor er et diagram for å slå på en transistor og en signalbehandlingsenhet på en op-amp. VT1 er den transistor-termiske sensoren, som er festet til radiatoren.
Transistoren brukes med hensikt i p-n-p-strukturer. kjøleribben er ofte koblet til den vanlige ledningen til kretsen, og kollektoren til transistoren i TO-220-pakken er koblet til kjøleribben, og når du fester transistoren, er det ikke nødvendig å isolere den elektrisk fra kjøleribben, som ytterligere forenkler designet.
Spenningsfallet over p-n-krysset endres med en økning i temperaturen med en bratthet på omtrent -2 mV / grad (dvs. avtar med økende temperatur). En så liten spenningsendring er ikke veldig praktisk å behandle ADC, dessuten er det mer praktisk når avhengigheten er direkte, dvs. når temperaturen øker, øker temperatursignalet.
Ovennevnte krets forspenner, inverterer og forsterker signalet fra transistoren, og gir en økning i utgangsspenning med økende temperatur, og fungerer som følger.
Fra referansespenningen generert av deleren R1R2 trekkes spenningsfallet over transistoren fra og resultatet av subtraksjonen forsterkes. Referansespenningen velges like over spenningsfallet over transistoren ved en temperatur på 25 grader, noe som sikrer at spenningen måles under 25 grader.
Kretsens forsterkning bestemmes av forholdet R5/R4 + 1 og for denne kretsen er lik 11. Den endelige helningen til temperatursignalet er 2*11=22mV/grad. For å sikre temperaturmåling fra 0 grader, må utgangssignalet ved 25 grader være minst 25*0,022=0,55V. Overskuddet av forspenningen over fallet på transistoren ved 25 grader må være minst 0,05V.
Spenningsfallet over transistoren ved 25 grader er 0,5-0,6V og avhenger av den spesifikke typen transistor og strømmen gjennom den, og det er sannsynligvis umulig å velge referansespenningen "i farten", derfor, på feilsøkingsstadiet, det er nødvendig å velge motstander R1R2 for en spesifikk type transistor og strøm gjennom den, fra en transistor til en annen, denne verdien kan endres, men dette kan allerede korrigeres med programvaremetoder.
Strømmen gjennom transistoren bestemmes av motstanden til motstanden R3, i denne kretsen er strømmen omtrent lik 15mA. Den anbefalte verdien av strøm gjennom transistoren er 10-20mA.
Ovennevnte krets er tilpasset en ADC med en referansespenning på 3,3V, men kan også brukes for en 5V referansespenning, for dette er det nødvendig å øke forsterkningen til kretsen, basert på det nødvendige temperaturområdet.
På R6VD1-elementene er en utgangsspenningsbegrensningskrets satt sammen i nødsituasjoner, for eksempel et ledningsbrudd til transistoren. Hvis forsyningsspenningen til op-ampen ikke overstiger referansespenningen til ADC, kan de ekskluderes.
Enhver op-forsterker kan brukes som DA1, og gir drift med unipolar strømforsyning og inngangsspenning fra 0V. For eksempel den billige og vanlige LM358.
Som en transistor kan enhver ikke-sammensatt transistor med en p-n-p-struktur brukes.
