Dispozitiv și tipuri
Un termistor este un dispozitiv semiconductor a cărui rezistență depinde de temperatura sa. În funcție de tipul de element, rezistența poate crește sau scade pe măsură ce se încălzește. Există două tipuri de termistori:
- NTC (Coeficient de temperatură negativ) - cu un coeficient de rezistență de temperatură negativ (TCR). Ele sunt adesea denumite „termistori”.
- PTC (Coeficient de temperatură pozitiv) - cu un TCS pozitiv. Se mai numesc si „Pozistori”.
Important! Coeficientul de temperatură al rezistenței electrice este dependența rezistenței de temperatură. Descrie câți ohmi sau procente din valoarea nominală se modifică rezistența elementului atunci când temperatura acestuia crește cu 1 grad Celsius
De exemplu, rezistențele convenționale au un TCR pozitiv (când sunt încălzite, rezistența conductorilor crește).
Termistorii sunt la temperatură joasă (până la 170K), la temperatură medie (170-510K) și la temperatură înaltă (900-1300K). Corpul elementului poate fi din plastic, sticlă, metal sau ceramică.
Denumirea grafică simbolică a termistorilor din diagramă seamănă cu rezistențele obișnuite, iar singura diferență este că aceștia sunt tăiați cu o dungă și litera t este indicată lângă ea.
Apropo, așa sunt desemnate orice rezistență, a căror rezistență se modifică sub influența mediului, iar tipul cantităților de influență este indicat prin litera, t este temperatura.
Principalele caracteristici:
- Rezistenta nominala la 25 de grade Celsius.
- Disiparea maximă a curentului sau a puterii.
- Interval de temperatură de funcționare.
- tks.
Fapt interesant: termistorul a fost inventat în 1930 de omul de știință Samuel Ruben.
Să aruncăm o privire mai atentă la modul în care funcționează și pentru ce este fiecare dintre ele.
măsurători
|
|
|||||
|
Pentru măsurarea temperaturii, diodele semiconductoare și tranzistoarele pot fi folosite ca convertoare termice. Acest lucru se datorează faptului că la o valoare constantă a curentului care curge în direcția înainte, de exemplu, prin joncțiunea unei diode, tensiunea la joncțiune se modifică aproape liniar cu temperatura. Pentru ca valoarea curentului să fie constantă, este suficient să includeți o rezistență activă mare în serie cu dioda. În acest caz, curentul care trece prin diodă nu ar trebui să o determine să se încălzească. Este posibil să se construiască o caracteristică de calibrare a unui astfel de senzor de temperatură folosind două puncte - la începutul și la sfârșitul intervalului de temperatură măsurat. Figura 1, a prezintă circuitul de măsurare a temperaturii folosind dioda VD. O baterie poate servi ca sursă de alimentare.
Orez. 1. Schema de măsurare a temperaturii folosind o diodă (a) și tranzistoare (b, c). Pickupurile punte vă permit să creșteți sensibilitatea relativă a dispozitivului prin compensarea valorii inițiale a rezistenței senzorului. În mod similar, temperatura afectează rezistența tranziției emițător-bază a tranzistorilor. În acest caz, tranzistorul poate acționa simultan atât ca senzor de temperatură, cât și ca amplificator al propriului semnal. Prin urmare, utilizarea tranzistoarelor ca senzori termici are un avantaj față de diode. Figura 1b prezintă un circuit termometru în care un tranzistor (germaniu sau siliciu) este utilizat ca convertor de temperatură. În fabricarea termometrelor atât pe diode, cât și pe tranzistoare, este necesară construirea unei caracteristici de calibrare, în timp ce un termometru cu mercur poate fi folosit ca instrument de măsurare exemplar. Inerția termometrelor pe diode și tranzistoare este mică: pe o diodă - 30 s, pe un tranzistor - 60 s. De interes practic este un circuit de punte cu un tranzistor într-unul dintre brațe (Fig. 1, c). În acest circuit, joncțiunea emițătorului este inclusă într-unul dintre brațele punții R4, o mică tensiune de blocare este aplicată colectorului.
Etichete cheie: diodă, tranzistor, temperatură |
|||||
|
|||||
|
|||||
Diodă ca senzor de temperatură - funcție semiconductor
O diodă este cel mai simplu dispozitiv din configurația sa care are proprietățile unui semiconductor.
Între cele două extreme ale diodei (donator și acceptor) se află regiunea de încărcare spațială, altfel: p-n-joncțiune. Această „punte” asigură pătrunderea electronilor dintr-o parte în alta, prin urmare, datorită denumirilor diferite ale sarcinilor sale constitutive, în interiorul diodei apare un curent destul de mic, dar totuși. Mișcarea electronilor prin diodă are loc doar într-o singură direcție. Desigur, există o mișcare inversă, dar este complet nesemnificativă, iar atunci când încercați să conectați o sursă de alimentare în această direcție, dioda este blocată de tensiune inversă. Aceasta crește densitatea substanței și are loc difuzia. Apropo, din acest motiv dioda se numește supapă semiconductoare (există mișcare într-o direcție, dar nu în cealaltă).
Dacă încercați să creșteți temperatura diodei, atunci numărul de purtători minoritari (electroni care se mișcă în direcția opusă direcției principale) va crește, iar joncțiunea p-n va începe să se prăbușească.
Principiul interacțiunii dintre căderea de tensiune pe joncțiunea p-n a diodei și temperatura diodei în sine a fost dezvăluit aproape imediat după proiectare.
Ca rezultat, joncțiunea p-n a unei diode de siliciu este cel mai simplu senzor de temperatură. TKV (coeficientul de temperatură al tensiunii) este de 3 milivolti pe grad Celsius, iar punctul de cădere de tensiune directă este de aproximativ 0,7 V.
Pentru funcționarea normală, acest nivel de tensiune este inutil de scăzut, prin urmare, nu dioda în sine este adesea folosită, ci joncțiunile tranzistorului p-n complete cu un divizor de tensiune de bază.
Ca urmare, designul în calitățile sale corespunde întregii secvențe de diode. Ca rezultat, indicatorul căderii de tensiune poate fi mult mai mare de 0,7 V.
Deoarece TCR (coeficientul de temperatură al rezistenței) al diodei este negativ (-2mV / ° C), s-a dovedit a fi foarte relevant pentru utilizarea în varicaps, unde joacă rolul unui stabilizator al frecvenței de rezonanță a circuitului oscilator . Controlat de temperatură.
Date privind căderea de tensiune a diodei
Când se analizează citirile unui multimetru digital, se poate observa că datele privind căderea de tensiune pe joncțiunea pn pentru diodele de siliciu sunt de 690-700 mV, iar pentru germaniu - 400-450 mV (deși acest tip de diodă nu este practic. utilizate în acest moment). Dacă în timpul măsurării temperatura diodei crește, atunci datele multimetrului, dimpotrivă, vor scădea. Cu cât forța de încălzire este mai mare, cu atât scăderea datelor digitale este mai mare.
De obicei, această proprietate este utilizată pentru a stabiliza procesul de lucru într-un sistem electronic (de exemplu, pentru amplificatoarele de frecvență audio).
Schema unui termometru pe o diodă.
Senzori de temperatura pentru microcontroler
În prezent, multe circuite sunt construite pe microcontrolere și aici pot fi incluse și diverse contoare de temperatură, în care pot fi utilizați senzori cu semiconductori, cu condiția ca temperatura în timpul funcționării lor să nu depășească 125 ° C.
Deoarece contoarele de temperatură sunt calibrate din fabrică, nu este nevoie să calibrați și să reglați senzorii.Rezultatele obținute din acestea sub formă de date digitale sunt transmise microcontrolerului.
Aplicarea informațiilor primite depinde de conținutul software al controlerului.
Printre altele, astfel de senzori pot funcționa într-un mod termostatic, adică (cu un program predeterminat) se pornesc sau se opresc atunci când se atinge o anumită temperatură.
Cu toate acestea, dacă alți indicatori de temperatură devin referință, programul va trebui rescris.
Alte aplicații
Deși astăzi alegerea senzorilor de temperatură este foarte largă, nimeni nu uită de versiunea lor cu diode, care este adesea folosită în fiare de călcat electrice, șeminee electrice și electronice în sensul său cel mai larg.
În ciuda limitărilor în condițiile de temperatură, senzorii cu diode au avantajele lor semnificative:
- relativ ieftinitate;
- dimensiuni modeste;
– se potrivește cu ușurință la un număr mare de dispozitive electronice;
- sensibilitate și acuratețe excelente.
Datorită tuturor acestor calități, domeniul de aplicare al senzorilor de acest tip crește de la an la an.
Scrie comentarii, completări la articol, poate am omis ceva. Aruncați o privire pe harta site-ului, mă voi bucura dacă veți găsi altceva util pe site-ul meu.
Un termometru electronic simplu pe un tranzistor unijoncție
categorie
Circuite radio pentru casă
I. Nechaev. KurskRadio, 1992, nr. 8, p. 17-18
În acest articol, vom vorbi despre posibilitatea de a proiecta dispozitive pentru măsurarea temperaturii la distanță - în afara casei sau, de exemplu, într-un „magazin de legume” pe balcon. Există o mulțime de scheme care vă permit să îndepliniți această funcție, dar există anumite caracteristici atunci când alegeți un senzor sensibil la temperatură.
De regulă, în cele mai multe cazuri, la proiectarea unor astfel de dispozitive, termistorii sunt cel mai adesea folosiți de radioamatorii. Au un coeficient de rezistență termică destul de larg (denumit în continuare TCR) - până la 8% pe grad. Cu toate acestea, variază foarte mult în zona temperaturilor măsurate. Dacă pentru termometrele de acasă puteți închide ochii la acest fapt, atunci dacă vorbim despre o gamă largă de temperatură (de exemplu, ca în cazul nostru, de la - 40 grade C la + 40 grade C), atunci apar anumite probleme cu gradarea dispozitivului scalei de măsurare, acesta își va pierde pur și simplu liniaritatea.
De asemenea, știm că cea mai comună joncțiune pn a oricărui dispozitiv semiconductor poate servi ca senzor de temperatură, cu toate acestea, TCH-ul unei joncțiuni simple este foarte mic - nu mai mult de 0,3% pe grad, iar acest lucru necesită introducerea unor circuite de amplificare suplimentare, ceea ce complică foarte mult proiectarea.
După cum a arătat experiența, tranzistoarele unijunction de tip KT117 sunt cele mai potrivite pentru utilizarea ca senzor de temperatură (au fost utilizate în sursele de alimentare ale televizoarelor USCT 2\3 și nu va fi dificil să le găsiți) dacă le conectați așa cum se arată. în imaginea
Ca urmare a unei astfel de includeri, obținem un termistor cu o rezistență de 5 ... 10 kOhm cu un CTS de aproximativ 0,7 ... 0,9% pe grad C. În acest caz, scara dispozitivului va fi liniară peste întreg intervalul de temperatură. Această proprietate a unui tranzistor unijunction a făcut posibilă utilizarea acestuia ca senzor de temperatură într-un dispozitiv, al cărui circuit este prezentat în figură.
Baza termometrului electronic considerat este o punte de măsurare pe rezistențele R2-R5 într-un braț din care este conectat un tranzistor unijonct VT1. Un microampermetru PA1 cu zero la mijloc este instalat în diagonala podului. Un redresor cu undă completă poate servi ca sursă de alimentare; în acest scop, un stabilizator parametric pe un tranzistor VT2 și o diodă zener VD1 este introdus în circuit. Dacă dispozitivul va fi operat pentru o perioadă scurtă de timp (pornit, privit, oprit), atunci poate fi folosită și o baterie de 9 volți de tip „Krona”, caz în care circuitele de stabilizare pot fi excluse din circuit.
Esența dispozitivului este următoarea: toate rezistențele din circuit sunt fixe, numai rezistența senzorului de temperatură, al cărui rol este jucat de tranzistor, este variabilă.Când temperatura ambientală se modifică, curentul prin senzorul de temperatură se va schimba. Mai mult, curentul se va schimba atât în sus cu creșterea temperaturii, cât și în jos cu o scădere a temperaturii.Se pare că rămâne doar prin selectarea rezistențelor punții de măsurare și reglarea rezistenței de reglare R1 pentru a seta citirile instrumentului săgeată la zero la 0 grade C.
La configurarea dispozitivului, puteți folosi următoarele recomandări - topirea gheții din frigider poate fi folosită ca referință pentru temperatura „zero”. De asemenea, nu este greu să obțineți o temperatură de 40 ... 50 de grade C. Pur și simplu puteți încălzi cuptorul la temperatura dorită. Astfel, puteți seta poziția zero a dispozitivului și maximul pozitiv făcând marcajele corespunzătoare pe scară. Semnul „minus” poate fi făcut la aceeași distanță cu marcajul „plus”, deoarece scara de măsurare va fi liniară.
Toate părțile termometrului sunt montate pe o placă de circuit imprimat realizată din folie de textolit cu o singură față, a cărei schiță este prezentată în figură.
Un aspect aproximativ al dispozitivului este prezentat în figura următoare.
Pentru acest termometru, un microampermetru de tip M4206 pentru un curent de 50 μA cu un zero la mijlocul scalei este cel mai potrivit. Dacă brusc acest dispozitiv nu a fost disponibil, atunci puteți utiliza orice alt microampermetru pentru curentul specificat (de preferință cu o scară mare de măsurare), dar apoi va trebui introdus un buton suplimentar în circuit, astfel încât să fie posibil să controlați pozitiv și temperaturi negative separat, așa cum se arată în figură
Ei bine, până la urmă: dacă este necesar, dispozitivul poate fi echipat cu mai mulți senzori de temperatură pornindu-i conform următoarei scheme
Astfel, vom putea controla temperatura mai multor obiecte - de exemplu, acasă și pe stradă.
Senzori termici pe tranzistoare din circuitele MK
Natura fizică a materialelor semiconductoare este de așa natură încât parametrii lor depind destul de mult de temperatură. În circuitele de amplificare convenționale se combate acest fenomen, în timp ce la contoarele de temperatură, dimpotrivă, sunt încurajați.De exemplu, la tranzistoarele de siliciu cu curent de colector constant, cu creșterea temperaturii, tensiunea bază-emițător U^^^ scade cu un coeficient teoretic de 2,1 mV/°C. Modificarea reală este proporțională cu raportul 1000|mV|/Gx1 K], unde Gx este temperatura medie pe scara Kelvin.
Exemplu de calcul. Fie ca tensiunea dintre baza și emițătorul unui tranzistor standard de siliciu la o temperatură de 7;) = 20°C să fie ^^^
Cu o creștere a temperaturii carcasei sale la G, \u003d 35 ° C, această tensiune scade cu 49m V: i
Tensiunea reală poate diferi ușor față de cea calculată, în funcție de poziția punctului de funcționare al tranzistorului și de tipul acestuia. În orice caz, se recomandă reducerea și stabilizarea curentului care circulă prin joncțiunea /?-/7 pentru a elimina efectul de autoîncălzire a cristalului.
Orez. 3,67. Scheme pentru conectarea senzorilor termici cu tranzistori la MK:
a) măsurarea temperaturii în intervalul -30…+150°C. Senzorul de temperatură este tranzistorul VTI, în care tensiunea (/[^e „derive” cu un coeficient de aproximativ 2 mV / ° C. Rezistoarele R4 și 7 setează intervalul de temperatură și tensiunea de calibrare +3 V la intrarea MK la temperatura camerei + 25 ° C. Tranzistorul VTI are o carcasă metalică, al cărei capăt poate fi presat într-un tub din plastic rezistent la căldură și întreaga structură poate fi folosită ca sondă sau sondă externă;
b) un senzor de temperatură bazat pe un tranzistor cu o singură joncțiune VTI asigură liniaritatea măsurării temperaturii în intervalul 0…+ 100°С;
c) Tranzistorul VTI este utilizat special pentru montare la suprafață de dimensiuni mici (SMD). Acest lucru este necesar pentru a reduce inerția termică a senzorului. De exemplu, un tranzistor SMD intră într-un regim termic stabil la un minut după un salt de temperatură de 10 ° C (un tranzistor „mare” tipic durează de câteva ori mai mult).Rezistorul /^/ echilibrează circuitul diferenţial format din tranzistoare VTI, VT2\
Pe Fig. 3.67, a ... d arată diagramele de conectare ale senzorilor termici cu tranzistori la MK.
d) tranzistorul VT1 are în corp un orificiu prin care poate fi fixat cu un șurub pe suprafața obiectului de măsurat. Colectorul tranzistorului este conectat electric la corpul său, ceea ce trebuie luat în considerare în timpul instalării. Coeficientul de conversie a temperaturii este direct proporțional cu raportul rezistențelor R3/R2 (în acest circuit, aproximativ 20 mV/°C).
Senzor termic pe tranzistorul E-core
În acest articol, voi vorbi despre utilizarea unui tranzistor bipolar ca senzor de temperatură. Descrierea este dată în contextul utilizării acesteia pentru a măsura temperatura unui radiator (radiator).
Principalul avantaj al senzorului de temperatură de pe tranzistor este că asigură un contact termic bun cu radiatorul și se fixează relativ ușor pe acesta, iar tranzistorul bipolar nu este scump.
Mai jos este o diagramă a pornirii unui tranzistor și a unei unități de procesare a semnalului pe un amplificator operațional. VT1 este senzorul de temperatură a tranzistorului, care este atașat la radiator.
Tranzistorul este utilizat în mod intenționat în structuri p-n-p. radiatorul este adesea conectat la firul comun al circuitului, iar colectorul tranzistorului din pachetul TO-220 este conectat la radiatorul, iar atunci când atașați tranzistorul, nu este nevoie să-l izolați electric de radiator, ceea ce simplifică și mai mult proiectarea.
Căderea de tensiune pe joncțiunea p-n se modifică odată cu creșterea temperaturii sale cu o abruptă de aproximativ -2 mV / grad (adică scade odată cu creșterea temperaturii). O astfel de modificare mică de tensiune nu este foarte convenabilă pentru a procesa ADC, în plus, este mai convenabilă atunci când dependența este directă, adică. pe măsură ce temperatura crește, semnalul de temperatură crește.
Circuitul de mai sus polarizează, inversează și amplifică semnalul de la tranzistor, oferind o creștere a tensiunii de ieșire odată cu creșterea temperaturii și funcționează după cum urmează.
Din tensiunea de referință generată de divizorul R1R2, căderea de tensiune pe tranzistor este scăzută și rezultatul scăderii este amplificat. Tensiunea de referință este selectată chiar deasupra căderii de tensiune pe tranzistor la o temperatură de 25 de grade, ceea ce asigură că tensiunea este măsurată sub 25 de grade.
Câștigul circuitului este determinat de raportul R5/R4 + 1 și pentru acest circuit este egal cu 11. Panta finală a semnalului de temperatură este 2*11=22mV/grad. Astfel, pentru a asigura masurarea temperaturii de la 0 grade, semnalul de iesire la 25 de grade trebuie sa fie de minim 25*0.022=0.55V. Excesul de tensiune de polarizare peste căderea de pe tranzistor la 25 de grade trebuie să fie de cel puțin 0,05 V.
Căderea de tensiune pe tranzistor la 25 de grade este de 0,5-0,6V și depinde de tipul specific de tranzistor și de curentul prin acesta și, probabil, este imposibil să selectați tensiunea de referință „din mers”, prin urmare, în etapa de depanare, este necesar să selectați rezistențele R1R2 pentru un anumit tip de tranzistor și curent prin acesta, de la un tranzistor la altul, această valoare se poate modifica, dar aceasta poate fi deja corectată prin metode software.
Curentul prin tranzistor este determinat de rezistența rezistorului R3, în acest circuit curentul este aproximativ egal cu 15mA. Valoarea recomandată a curentului prin tranzistor este 10-20mA.
Circuitul de mai sus este adaptat pentru un ADC cu o tensiune de referință de 3,3V, dar poate fi folosit și pentru o tensiune de referință de 5V, pentru aceasta este necesară creșterea câștigului circuitului, în funcție de intervalul de temperatură necesar.
Pe elementele R6VD1, un circuit de limitare a tensiunii de ieșire este asamblat în caz de situații de urgență, de exemplu, o rupere a firului la tranzistor. Dacă tensiunea de alimentare a amplificatorului operațional nu depășește tensiunea de referință a ADC, atunci acestea pot fi excluse.
Ca DA1, poate fi utilizat orice amplificator operațional care asigură funcționarea cu sursă de alimentare unipolară și tensiune de intrare de la 0V. De exemplu, ieftin și comun LM358.
Ca tranzistor, poate fi utilizat orice tranzistor necompozit cu o structură p-n-p.
