Уређаји и врсте
Термистор је полупроводнички уређај чији отпор зависи од његове температуре. У зависности од врсте елемента, отпор може порасти или пасти док се загрева. Постоје две врсте термистора:
- НТЦ (Негативе Температуре Цоеффициент) - са негативним температурним коефицијентом отпора (ТЦР). Често се називају "термистори".
- ПТЦ (позитивни температурни коефицијент) - са позитивним ТЦС. Називају се и "позисторима".
Важно! Температурни коефицијент електричног отпора је зависност отпора од температуре. Описује за колико ома или процената номиналне вредности се мења отпор елемента када његова температура порасте за 1 степен Целзијуса
На пример, конвенционални отпорници имају позитиван ТЦР (када се загреју, отпор проводника се повећава).
Термистори су нискотемпературни (до 170К), средњетемпературни (170-510К) и високотемпературни (900-1300К). Тело елемента може бити од пластике, стакла, метала или керамике.
Симболичка графичка ознака термистора на дијаграму подсећа на обичне отпорнике, а једина разлика је у томе што су они прецртани пругом и поред ње је назначено слово т.
Иначе, овако се означавају сви отпорници, чији се отпор мења под утицајем околине, а врста утицајних величина је означена словом, т је температура.
Главне карактеристике:
- Називна отпорност на 25 степени Целзијуса.
- Максимална расипање струје или снаге.
- Опсег радне температуре.
- ткс.
Занимљива чињеница: Термистор је 1930. године изумео научник Семјуел Рубен.
Хајде да детаљније погледамо како то функционише и чему служи сваки од њих.
мерења
|
|
|||||
|
За мерење температуре, полупроводничке диоде и транзистори се могу користити као термални претварачи. То је зато што при константној вредности струје која тече у правцу напред, на пример, кроз спој диоде, напон на споју се мења скоро линеарно са температуром. Да би вредност струје била константна, довољно је укључити велики активни отпор у серију са диодом. У овом случају, струја која пролази кроз диоду не би требало да изазове њено загревање. Могуће је изградити калибрациону карактеристику таквог температурног сензора користећи две тачке - на почетку и на крају мереног температурног опсега. На слици 1, а приказано је коло за мерење температуре помоћу ВД диоде. Батерија може послужити као извор напајања.
Пиринач. 1. Шема за мерење температуре помоћу диоде (а) и транзистора (б, в). Бридге пицкупс вам омогућавају да повећате релативну осетљивост уређаја компензацијом почетне вредности отпора сензора. Слично, температура утиче на отпор прелаза емитер-база транзистора. У овом случају, транзистор може истовремено да делује и као сензор температуре и као појачавач сопственог сигнала. Стога, употреба транзистора као термичких сензора има предност у односу на диоде. На слици 1б приказано је коло термометра у коме се као претварач температуре користи транзистор (германијум или силицијум). У производњи термометара и на диодама и на транзисторима потребно је изградити калибрациону карактеристику, док се живин термометар може користити као огледни мерни инструмент. Инерција термометара на диодама и транзисторима је мала: на диоди - 30 с, на транзистору - 60 с. Од практичног интереса је мостно коло са транзистором у једном од кракова (слика 1, ц). У овом колу, емитерски спој је укључен у један од кракова моста Р4, мали напон блокирања се примењује на колектор.
Кључне ознаке: диода, транзистор, температура |
|||||
|
|||||
|
|||||
Диода као сензор температуре - функција полупроводника
Диода је најједноставнији уређај у својој конфигурацији који има својства полупроводника.
Између два екстрема диоде (донора и акцептора) лежи област просторног набоја, иначе: п-н-спој. Овај „мост“ обезбеђује продор електрона из једног дела у други, па се, због различитих назива његових саставних наелектрисања, унутар диоде појављује прилично мала, али ипак, струја. Кретање електрона кроз диоду се дешава само у једном правцу. Наравно, постоји обрнуто кретање, али је потпуно безначајно, а када покушате да повежете извор напајања у овом правцу, диода је блокирана обрнутим напоном. Ово повећава густину супстанце и долази до дифузије. Иначе, из тог разлога се диода назива полупроводнички вентил (постоји кретање у једном правцу, али не и у другом).
Ако покушате да повећате температуру диоде, тада ће се повећати број мањинских носача (електрона који се крећу у супротном смеру од главног правца), а п-н спој ће почети да се урушава.
Принцип интеракције између пада напона на п-н споју диоде и температуре саме диоде откривен је скоро одмах након што је пројектована.
Као резултат тога, п-н спој силицијумске диоде је најједноставнији сензор температуре. Његов ТКВ (напонски температурни коефицијент) је 3 миливолта по степену Целзијуса, а тачка пада напона напред је око 0,7 В.
За нормалан рад, овај ниво напона је непотребно низак, стога се често не користи сама диода, већ транзисторски п-н спојеви употпуњени основним дјелитељем напона.
Као резултат тога, дизајн у својим квалитетима одговара читавом низу диода. Као резултат тога, индикатор пада напона може бити много већи од 0,7В.
Пошто је ТЦР (температурни коефицијент отпора) диоде негативан (-2мВ / ° Ц), испоставило се да је веома релевантан за употребу у варикапима, где игра улогу стабилизатора резонантне фреквенције осцилаторног кола. . Контролисано температуром.
Подаци о паду напона диоде
Када се анализирају очитавања дигиталног мултиметра, може се приметити да је податак о паду напона на пн споју за силицијумске диоде 690-700 мВ, а за германијум - 400-450 мВ (иако ова врста диода практично није који се тренутно користи). Ако током мерења температура диоде порасте, онда ће се подаци мултиметра, напротив, смањити. Што је већа сила грејања, већи је пад дигиталних података.
Обично се ово својство користи за стабилизацију процеса рада у електронском систему (на пример, за појачала аудио фреквенције).
Шема термометра на диоди.
Сензори температуре за микроконтролер
Тренутно су многа кола изграђена на микроконтролерима, а овде се могу укључити и различити мерили температуре у којима се могу користити полупроводнички сензори, под условом да температура током њиховог рада не прелази 125 ° Ц.
Пошто су мерачи температуре фабрички калибрисани, нема потребе за калибрацијом и подешавањем сензора.Резултати добијени од њих у облику дигиталних података се уносе у микроконтролер.
Примена примљених информација зависи од софтверског садржаја контролера.
Између осталог, такви сензори могу да раде у термостатском режиму, односно (са унапред одређеним програмом) да се укључују или искључују када се постигне одређена температура.
Међутим, ако други индикатори температуре постану референтни, програм ће се морати поново написати.
Друге апликације
Иако је данас избор температурних сензора веома широк, нико не заборавља на њихову диодну верзију, која се често користи у електричним пеглама, електричним камином и електроници у најширем смислу.
Упркос ограничењима у температурним условима, диодни сензори имају своје значајне предности:
- релативна јефтиност;
- скромних димензија;
– лако се уклапају у велики број електронских уређаја;
- одлична осетљивост и тачност.
Захваљујући свим овим квалитетима, поље примене сензора овог типа расте из године у годину.
Пишите коментаре, допуне чланка, можда сам нешто пропустио. Погледајте мапу сајта, биће ми драго ако нађете још нешто корисно на мом сајту.
Једноставан електронски термометар на једноспојном транзистору
категорија
Радио кола за дом
И. Нецхаев. КурскРадио, 1992, бр. 8, стр. 17-18
У овом чланку ћемо говорити о могућности пројектовања уређаја за мерење температуре на даљину - изван куће или, рецимо, на балкону "продавнице поврћа". Постоји много шема које вам омогућавају да извршите ову функцију, али постоје одређене карактеристике при избору сензора осетљивог на температуру.
По правилу, у већини случајева, приликом пројектовања таквих уређаја, термисторе најчешће користе радио-аматери. Имају прилично широк коефицијент топлотне отпорности (у даљем тексту ТЦР) - до 8% по степену. Међутим, веома варира у зони мерених температура. Ако за кућне термометре можете затворити очи пред овом чињеницом, онда ако говоримо о широком температурном опсегу (на пример, као у нашем случају, од - 40 степени Ц до + 40 степени Ц), онда се јављају одређени проблеми са градације уређаја мерне скале, једноставно ће изгубити своју линеарност.
Такође знамо да најчешћи пн спој било ког полупроводничког уређаја може послужити као сензор температуре, међутим, ТЦХ једноставног споја је веома мали - не више од 0,3% по степену, а то захтева увођење додатних кола за појачавање, што у великој мери отежава дизајн.
Као што је искуство показало, једноспојни транзистори типа КТ117 су најпогоднији за употребу као сензор температуре (користили су се за напајање 2 \ 3 УСЦТ телевизора и неће их бити тешко пронаћи) ако их повежете као што је приказано на слици
Као резултат таквог укључивања, добијамо термистор са отпором од 5 ... 10 кОхм са ЦТС од приближно 0,7 ... 0,9% по степену Ц. У овом случају, скала уређаја ће бити линеарна преко цео температурни опсег. Ово својство једноспојног транзистора омогућило је да се користи као сензор температуре у уређају, чији је круг приказан на слици.
Основа разматраног електронског термометра је мерни мост на отпорницима Р2-Р5 у чијем једном краку је прикључен једноспојни транзистор ВТ1. У дијагонали моста уграђен је микроамперметар ПА1 са нулом у средини. Као извор напајања може послужити пуноталасни исправљач, у ту сврху се у коло уводи параметарски стабилизатор на ВТ2 транзистору и ВД1 зенер диода. Ако ће уређај радити кратко време (укључен, погледан, искључен), онда се може користити и 9-волтна батерија типа „Крона“, у ком случају се стабилизациони кругови могу искључити из кола.
Суштина уређаја је следећа: сви отпорници у колу су фиксни, само је отпор температурног сензора, чију улогу игра транзистор, променљив.Када се температура околине промени, струја кроз сензор температуре ће се променити. Штавише, струја ће се променити и навише са повећањем температуре, и наниже са смањењем температуре.Испоставља се да остаје само избором отпорника мерног моста и подешавањем отпорника за подешавање Р1 за подешавање очитавања инструмента. стрелица на нулу на 0 степени Ц.
Приликом подешавања уређаја можете користити следеће препоруке - топљење леда из фрижидера може се користити као референца за "нулту" температуру. Такође није тешко добити температуру од 40 ... 50 степени Ц. Можете једноставно загрејати пећницу на жељену температуру. Тако можете подесити нулту позицију уређаја и максималну позитивну тако што ћете направити одговарајуће ознаке на скали. Ознака „минус“ се може поставити на истој удаљености као и ознака „плус“, јер ће скала мерења бити линеарна.
Сви делови термометра су монтирани на штампану плочу од једностраног фолијског текстолита, чија је скица приказана на слици.
Приближан изглед уређаја приказан је на следећој слици.
За овај термометар је најпогоднији микроамперметар типа М4206 за струју од 50 μА са нулом у средини скале. Ако изненада овај уређај није био доступан, онда можете користити било који други микроамперметар за наведену струју (пожељно са великом мерном скалом), али тада ће бити потребно увести додатно дугме у коло тако да је могуће контролисати позитивне и негативне температуре посебно, као што је приказано на слици
Па, на крају: ако је потребно, уређај може бити опремљен са неколико температурних сензора укључивањем према следећој шеми
Тако ћемо моћи да контролишемо температуру у неколико објеката – на пример, код куће и на улици.
Топлотни сензори на транзисторима у МК колима
Физичка природа полупроводничких материјала је таква да њихови параметри доста зависе од температуре. Код конвенционалних кола за појачавање ова појава се бори, док се код температурних мерача, напротив, подстичу.На пример, код силицијумских транзистори са константном струјом колектора, са повећањем температуре, напон база-емитер У^^^ опада са теоријски коефицијент од 2,1 мВ / ° Ц. Стварна промена је пропорционална односу 1000|мВ|/Гк1 К], где је Гк температура медија на Келвиновој скали.
Пример израчунавања. Нека напон између базе и емитера стандардног силицијумског транзистора на температури од 7;) = 20°Ц буде ^^^
Са повећањем температуре његовог кућишта на Г, \у003д 35 ° Ц, овај напон се смањује за 49м В: и
Стварни напон може се незнатно разликовати од израчунатог, у зависности од положаја радне тачке транзистора и његовог типа. У сваком случају, препоручује се смањење и стабилизација струје која тече кроз /?-/7-спој како би се елиминисао ефекат самозагревања кристала.
Пиринач. 3.67. Шеме за повезивање транзисторских термалних сензора на МК:
а) мерење температуре у опсегу од -30…+150°Ц. Сензор температуре је ВТИ транзистор, у коме се напон (/[^е „односи“ са коефицијентом од око 2 мВ / ° Ц. Отпорници Р4 и 7 постављају температурни опсег и +3 В калибрациони напон на МК улазу на собна температура + 25 ° Ц. Транзистор ВТИ има метално кућиште, чији се крај може утиснути у пластичну цев отпорну на топлоту и цела структура се може користити као спољна сонда или сонда;
б) температурни сензор на бази једноспојног транзистора ВТИ обезбеђује линеарност мерења температуре у опсегу од 0…+ 100°С;
ц) ВТИ транзистор се посебно користи за површинску монтажу малих димензија (СМД). Ово је неопходно да би се смањила топлотна инерција сензора. На пример, СМД транзистор улази у стабилан термички режим један минут након температурног скока од 10 ° Ц (типични „велики“ транзистор траје неколико пута дуже).Отпорник /^/ балансира диференцијално коло које се састоји од транзистора ВТИ, ВТ2\
На сл. 3.67, а ... д приказује дијаграме повезивања транзисторских термичких сензора на МК.
г) транзистор ВТ1 у свом телу има рупу кроз коју се може причврстити завртњем на површини предмета који се мери. Колектор транзистора је електрично повезан са његовим телом, што се мора узети у обзир приликом уградње. Коефицијент конверзије температуре је директно пропорционалан односу отпорника Р3/Р2 (у овом колу око 20 мВ/°Ц).
Термички сензор на Е-цоре транзистору
У овом чланку ћу говорити о коришћењу биполарног транзистора као сензора температуре. Опис је дат у контексту његове употребе за мерење температуре хладњака (хеатсинк).
Главна предност температурног сензора на транзистору је што обезбеђује добар термички контакт са радијатором и релативно га је лако причврстити на њега, а биполарни транзистор није скуп.
Испод је дијаграм укључивања транзистора и јединице за обраду сигнала на оп-амп. ВТ1 је транзисторско-термички сензор, који је причвршћен за радијатор.
Транзистор се намерно користи у п-н-п структурама. хладњак је често повезан са заједничком жицом кола, а колектор транзистора у пакету ТО-220 је повезан са хладњаком, а приликом причвршћивања транзистора нема потребе да га електрично изолујете од хладњака, што додатно поједностављује дизајн.
Пад напона на п-н споју се мења са повећањем његове температуре са стрмином од приближно -2 мВ / степен (тј. опада са повећањем температуре). Овако мала промена напона није баш згодна за обраду АДЦ-а, штавише, погодније је када је зависност директна, тј. како температура расте, температурни сигнал се повећава.
Горе наведено коло преокреће, инвертује и појачава сигнал са транзистора, обезбеђујући повећање излазног напона са повећањем температуре, и ради на следећи начин.
Од референтног напона који генерише делилац Р1Р2, пад напона на транзистору се одузима и резултат одузимања се појачава. Референтни напон се бира непосредно изнад пада напона на транзистору на температури од 25 степени, чиме се обезбеђује да се напон мери испод 25 степени.
Појачање кола је одређено односом Р5/Р4 + 1 и за ово коло је једнако 11. Коначни нагиб температурног сигнала је 2*11=22мВ/степен. Дакле, да би се обезбедило мерење температуре од 0 степени, излазни сигнал на 25 степени мора бити најмање 25*0,022=0,55В. Вишак преднапона преко пада на транзистору на 25 степени мора бити најмање 0,05В.
Пад напона на транзистору на 25 степени је 0,5-0,6В и зависи од специфичног типа транзистора и струје кроз њега, и вероватно је немогуће изабрати референтни напон „у ходу“, стога, у фази отклањања грешака, потребно је одабрати отпорнике Р1Р2 за одређени тип транзистора и струју кроз њега, од једног до другог транзистора, ова вредност се може променити, али се то већ може исправити софтверским методама.
Струја кроз транзистор је одређена отпором отпорника Р3, у овом колу струја је приближно једнака 15мА. Препоручена вредност струје кроз транзистор је 10-20мА.
Горе наведено коло је прилагођено за АДЦ са референтним напоном од 3,3В, али се може користити и за референтни напон од 5В, за ово је потребно повећати појачање кола, на основу потребног температурног опсега.
На елементима Р6ВД1 састављено је коло за ограничавање излазног напона у случају ванредних ситуација, на пример, прекида жице на транзистору. Ако напон напајања оп-амп не прелази референтни напон АДЦ-а, онда се могу искључити.
Било које оперативно појачало може се користити као ДА1, обезбеђујући рад са униполарним напајањем и улазним напоном од 0В. На пример, јефтин и уобичајен ЛМ358.
Као транзистор може се користити било који некомпозитни транзистор п-н-п структуре.
