Enhet och typer
En termistor är en halvledarenhet vars resistans beror på dess temperatur. Beroende på typen av element kan motståndet stiga eller minska när det värms upp. Det finns två typer av termistorer:
- NTC (Negative Temperature Coefficient) - med en negativ temperaturkoefficient för motstånd (TCR). De kallas ofta för "termistorer".
- PTC (positiv temperaturkoefficient) - med positiv TCS. De kallas också "Pozistors".
Viktig! Temperaturkoefficienten för elektriskt motstånd är motståndets beroende av temperaturen. Beskriver hur många ohm eller procent av det nominella värdet elementets motstånd ändras när dess temperatur stiger med 1 grad Celsius
Till exempel har konventionella motstånd en positiv TCR (vid uppvärmning ökar ledarnas resistans).
Termistorer är lågtemperatur (upp till 170K), medeltemperatur (170-510K) och hög temperatur (900-1300K). Elementets kropp kan vara gjord av plast, glas, metall eller keramik.
Den symboliska grafiska beteckningen av termistorer i diagrammet liknar vanliga motstånd, och den enda skillnaden är att de är överstrukna med en rand och bokstaven t indikeras bredvid den.
Förresten, det är så här alla motstånd betecknas, vars motstånd förändras under påverkan av miljön, och typen av påverkande kvantiteter indikeras med bokstaven, t är temperatur.
Viktigaste egenskaperna:
- Märkt motstånd vid 25 grader Celsius.
- Maximal ström eller effektförlust.
- Drifttemperaturens omfång.
- TKS.
Intressant fakta: Termistorn uppfanns 1930 av vetenskapsmannen Samuel Ruben.
Låt oss ta en närmare titt på hur det fungerar och vad var och en av dem är till för.
mätningar
|
|
|||||
|
För att mäta temperatur kan halvledardioder och transistorer användas som termiska omvandlare. Detta beror på att vid ett konstant värde av ström som flyter i framåtriktningen, till exempel genom kopplingen av en diod, ändras spänningen i förbindelsen nästan linjärt med temperaturen. För att strömvärdet ska vara konstant räcker det att inkludera ett stort aktivt motstånd i serie med dioden. I detta fall bör strömmen som passerar genom dioden inte få den att värmas upp. Det är möjligt att bygga en kalibreringskarakteristik för en sådan temperatursensor med hjälp av två punkter - i början och i slutet av det uppmätta temperaturområdet. Figur 1, a visar temperaturmätningskretsen med VD-dioden. Ett batteri kan fungera som en strömkälla.
Ris. 1. Schema för temperaturmätning med hjälp av en diod (a) och transistorer (b, c). Bridge pickuper låter dig öka enhetens relativa känslighet genom att kompensera det initiala värdet för sensormotståndet. På liknande sätt påverkar temperaturen resistansen hos transistorernas emitter-basövergång. I detta fall kan transistorn samtidigt fungera både som en temperatursensor och som en förstärkare av sin egen signal. Därför har användningen av transistorer som termiska sensorer en fördel jämfört med dioder. Figur Ib visar en termometerkrets i vilken en transistor (germanium eller kisel) används som temperaturomvandlare. Vid tillverkning av termometrar både på dioder och på transistorer krävs att man bygger en kalibreringskarakteristik, medan en kvicksilvertermometer kan användas som ett exemplariskt mätinstrument. Trögheten hos termometrar på dioder och transistorer är liten: på en diod - 30 s, på en transistor - 60 s. Av praktiskt intresse är en bryggkrets med en transistor i en av armarna (fig. 1, c). I denna krets är emitterövergången inkluderad i en av armarna på bryggan R4, en liten blockerande spänning appliceras på kollektorn.
Nyckeletiketter: diod, transistor, temperatur |
|||||
|
|||||
|
|||||
Diod som temperatursensor - halvledarfunktion
En diod är den enklaste enheten i sin konfiguration som har egenskaperna hos en halvledare.
Mellan de två ytterligheterna av dioden (givare och acceptor) ligger rymdladdningsområdet, annars: p-n-övergång. Denna "brygga" säkerställer penetrering av elektroner från en del till en annan, därför, på grund av de olika namnen på dess ingående laddningar, uppträder en ganska liten, men fortfarande, ström inuti dioden. Elektronernas rörelse genom dioden sker endast i en riktning. Naturligtvis finns det en omvänd rörelse, men den är helt obetydlig, och när du försöker ansluta en strömkälla i denna riktning blockeras dioden av omvänd spänning. Detta ökar ämnets densitet och diffusion uppstår. Förresten, det är av denna anledning som dioden kallas en halvledarventil (det finns rörelse i en riktning, men inte i den andra).
Om du försöker öka temperaturen på dioden, kommer antalet minoritetsbärare (elektroner som rör sig i motsatt riktning mot huvudriktningen) att öka, och p-n-övergången kommer att börja kollapsa.
Principen för växelverkan mellan spänningsfallet över diodens p-n-övergång och temperaturen på själva dioden avslöjades nästan omedelbart efter att den designades.
Som ett resultat är p-n-övergången för en kiseldiod den enklaste temperatursensorn. Dess TKV (spänningstemperaturkoefficient) är 3 millivolt per grad Celsius, och framspänningsfallet är cirka 0,7V.
För normal drift är denna spänningsnivå onödigt låg, därför används ofta inte själva dioden, utan transistor p-n-övergångar komplett med en grundläggande spänningsdelare.
Som ett resultat motsvarar designen i dess kvaliteter hela sekvensen av dioder. Som ett resultat kan spänningsfallsindikatorn vara mycket större än 0,7V.
Eftersom TCR (resistansens temperaturkoefficient) för dioden är negativ (-2mV / ° C), visade det sig vara mycket relevant för användning i varicaps, där den spelar rollen som en stabilisator av resonansfrekvensen hos oscillatorkretsen . Styrs av temperatur.
Diodspänningsfallsdata
När man analyserar avläsningarna från en digital multimeter kan det noteras att data om spänningsfallet över pn-övergången för kiseldioder är 690-700 mV och för germanium - 400-450 mV (även om denna typ av diod praktiskt taget inte är används för tillfället). Om temperaturen på dioden stiger under mätningen, kommer multimeterdata tvärtom att minska. Ju större uppvärmningskraft, desto större minskning av digitala data.
Vanligtvis används denna egenskap för att stabilisera arbetsprocessen i ett elektroniskt system (till exempel för ljudfrekvensförstärkare).
Schema för en termometer på en diod.
Temperatursensorer för mikrokontroller
För närvarande är många kretsar byggda på mikrokontroller, och olika temperaturmätare kan också inkluderas här, i vilka halvledarsensorer kan användas, förutsatt att temperaturen under deras drift inte överstiger 125 ° C.
Eftersom temperaturmätarna är kalibrerade på fabriken finns det inget behov av att kalibrera och justera sensorerna.Resultaten som erhålls från dem i form av digitala data matas till mikrokontrollern.
Tillämpningen av den mottagna informationen beror på styrenhetens mjukvaruinnehåll.
Sådana sensorer kan bland annat arbeta i ett termostatiskt läge, det vill säga (med ett förutbestämt program) slå på eller av när en viss temperatur uppnås.
Men om andra temperaturindikatorer blir referens, måste programmet skrivas om.
Andra applikationer
Även om valet av temperatursensorer idag är väldigt brett, glömmer ingen bort deras diodversion, som ofta används i elektriska strykjärn, elektriska eldstäder och elektronik i dess vidaste bemärkelse.
Trots begränsningarna i temperaturförhållanden har diodsensorer sina betydande fördelar:
- relativ billighet;
- blygsamma dimensioner;
- enkelt passa ett stort antal elektroniska enheter;
- utmärkt känslighet och noggrannhet.
Tack vare alla dessa egenskaper växer användningsområdet för sensorer av denna typ från år till år.
Skriv kommentarer, tillägg till artikeln, jag kanske har missat något. Ta en titt på webbplatskartan, jag blir glad om du hittar något annat användbart på min sida.
En enkel elektronisk termometer på en unijunction transistor
kategori
Radiokretsar för hemmet
I. Nechaev. KurskRadio, 1992, nr 8, s. 17-18
I den här artikeln kommer vi att prata om möjligheten att designa enheter för att mäta temperatur på avstånd - utanför huset eller, säg, i en balkong "grönsaksbutik". Det finns många scheman som låter dig utföra denna funktion, men det finns vissa funktioner när man väljer en temperaturkänslig sensor.
Som regel, i de flesta fall, när man designar sådana enheter, används termistorer oftast av radioamatörer. De har en ganska bred termisk motståndskoefficient (nedan kallad TCR) - upp till 8% per grad. Det varierar dock mycket i zonen för uppmätta temperaturer. Om du för hemtermometrar kan blunda för detta faktum, om vi talar om ett brett temperaturområde (till exempel, som i vårt fall, från - 40 grader C till + 40 grader C), uppstår vissa problem med gradering av mätskalan, kommer den helt enkelt att förlora sin linjäritet.
Vi vet också att den vanligaste pn-övergången för alla halvledarenheter kan fungera som en temperatursensor, men TCH för en enkel korsning är mycket liten - inte mer än 0,3% per grad, och detta kräver införandet av ytterligare förstärkarkretsar, vilket komplicerar designen avsevärt.
Som erfarenheten har visat är unijunction-transistorer av typen KT117 bäst lämpade för användning som temperatursensor (de användes i strömförsörjningen till 2 \ 3 USCT-TV-apparater och det kommer inte att vara svårt att hitta dem) om du ansluter den som visas i bilden
Som ett resultat av en sådan inkludering får vi en termistor med ett motstånd på 5 ... 10 kOhm med en CTS på cirka 0,7 ... 0,9 % per grad C. I detta fall kommer enhetens skala att vara linjär över hela temperaturområdet. Denna egenskap hos en unijunction transistor gjorde det möjligt att använda den som en temperatursensor i en enhet, vars krets visas i figuren.
Grunden för den övervägda elektroniska termometern är en mätbrygga på motstånden R2-R5 i ena armen av vilken en unijunction transistor VT1 är ansluten. En PA1 mikroammeter med noll i mitten är installerad i diagonalen på bron. En helvågslikriktare kan fungera som en strömkälla; för detta ändamål införs en parametrisk stabilisator på en VT2-transistor och en VD1-zenerdiod i kretsen. Om enheten kommer att användas under en kort tid (påslagen, tittade, avstängd), kan ett 9-volts batteri av typen "Krona" också användas, i vilket fall stabiliseringskretsarna kan uteslutas från kretsen.
Kärnan i enheten är som följer: alla motstånd i kretsen är fixerade, endast temperatursensorns motstånd, vars roll spelas av transistorn, är variabel.När den omgivande temperaturen ändras kommer strömmen genom temperatursensorn att ändras. Dessutom kommer strömmen att ändras både uppåt med en ökning av temperaturen och nedåt med en minskning av temperaturen.Det visar sig att den återstår endast genom att välja mätbryggans motstånd och justera inställningsmotståndet R1 för att ställa in instrumentets avläsningar pilen till noll vid 0 grader C.
När du ställer in enheten kan du använda följande rekommendationer - smältande is från kylskåpet kan användas som referens för "noll" temperatur. Det är inte heller svårt att få en temperatur på 40 ... 50 grader C. Du kan helt enkelt värma ugnen till önskad temperatur. Således kan du ställa in enhetens nollposition och den maximala positiva genom att göra lämpliga markeringar på skalan. "Minus"-märket kan göras på samma avstånd som "plus"-märket, eftersom mätskalan kommer att vara linjär.
Alla delar av termometern är monterade på ett kretskort tillverkat av ensidig folietextolit, vars skiss visas i figuren.
Ett ungefärligt utseende på enheten visas i följande figur.
För denna termometer är en mikroamperemeter av typen M4206 för en ström på 50 μA med en nolla i mitten av skalan bäst lämpad. Om den här enheten plötsligt inte var tillgänglig kan du använda vilken annan mikroamperemeter som helst för den specificerade strömmen (helst med en stor mätskala), men då måste en extra knapp införas i kretsen så att det är möjligt att styra positiv och negativa temperaturer separat, som visas i figuren
Tja, i slutändan: vid behov kan enheten utrustas med flera temperatursensorer genom att slå på dem enligt följande schema
Därmed kommer vi att kunna kontrollera temperaturen i flera objekt - till exempel hemma och på gatan.
Termiska sensorer på transistorer i MK-kretsar
Den fysiska naturen hos halvledarmaterial är sådan att deras parametrar beror ganska starkt på temperaturen. I konventionella förstärkarkretsar bekämpas detta fenomen, medan det i temperaturmätare tvärtom uppmuntras, till exempel i kiseltransistorer med konstant kollektorström, med ökande temperatur, minskar bas-emitterspänningen U^^^ med en teoretisk koefficient på 2,1 mV / ° C. Den faktiska förändringen är proportionell mot förhållandet 1000|mV|/Gx1 K], där Gx är medeltemperaturen på Kelvin-skalan.
Räkneexempel. Låt spänningen mellan basen och emittern på en standardkiseltransistor vid en temperatur på 7;) = 20°C vara ^^^
Med en ökning av temperaturen på sitt hölje till G, \u003d 35 ° C, minskar denna spänning med 49m V: i
Den faktiska spänningen kan skilja sig något från den beräknade, beroende på positionen för transistorns arbetspunkt och dess typ. I alla fall rekommenderas det att minska och stabilisera strömmen som flyter genom /?-/7-korsningen för att eliminera effekten av självuppvärmning av kristallen.
Ris. 3,67. Schema för anslutning av termiska transistorsensorer till MK:
a) temperaturmätning i intervallet -30…+150°C. Temperatursensorn är VTI-transistorn, i vilken spänningen (/[^e "driftar" med en koefficient på ca 2 mV / ° C. Motstånd R4 och 7 ställer in temperaturområdet och +3 V kalibreringsspänningen vid MK-ingången kl. rumstemperatur + 25 ° C. Transistor VTI har ett metallhölje, vars ände kan pressas in i ett värmebeständigt plaströr och hela strukturen kan användas som en extern sond eller sond;
b) en temperatursensor baserad på en enkelövergångstransistor VTI ger linjär temperaturmätning inom området 0…+ 100°С;
c) VTI-transistorn används speciellt för ytmonterad liten storlek (SMD). Detta är nödvändigt för att minska sensorns termiska tröghet. Till exempel går en SMD-transistor in i en stabil termisk regim en minut efter ett temperaturhopp på 10 ° C (en typisk "stor" transistor tar flera gånger längre tid).Motstånd /^/ balanserar differentialkrets bestående av transistorer VTI, VT2\
På fig. 3.67, a ... d visar anslutningsscheman för termiska transistorsensorer till MK.
d) Transistor VT1 har ett hål i sin kropp, genom vilket den kan fästas med en skruv på ytan av det föremål som mäts. Transistorns kollektor är elektriskt ansluten till sin kropp, vilket måste beaktas vid installationen. Temperaturomvandlingskoefficienten är direkt proportionell mot förhållandet mellan motstånden R3/R2 (i denna krets, ca 20 mV/°C).
Termisk sensor på E-core transistor
I den här artikeln kommer jag att prata om att använda en bipolär transistor som temperatursensor. Beskrivningen ges i samband med att den används för att mäta temperaturen på en kylfläns (kylfläns).
Den största fördelen med temperatursensorn på transistorn är att den ger bra termisk kontakt med radiatorn och det är relativt enkelt att fästa den på den och den bipolära transistorn är inte dyr.
Nedan är ett diagram över att slå på en transistor och en signalbehandlingsenhet på en op-amp. VT1 är transistor-temperatursensorn, som är ansluten till radiatorn.
Transistorn används avsiktligt i p-n-p-strukturer. kylflänsen är ofta ansluten till kretsens gemensamma ledning, och transistorns kollektor i TO-220-paketet är ansluten till kylflänsen, och när du fäster transistorn finns det inget behov av att elektriskt isolera den från kylflänsen, vilket ytterligare förenklar designen.
Spänningsfallet över p-n-övergången ändras med en ökning av dess temperatur med en branthet på ungefär -2 mV / grad (dvs. minskar med ökande temperatur). En sådan liten spänningsförändring är inte särskilt bekväm att bearbeta ADC, dessutom är det bekvämare när beroendet är direkt, dvs. när temperaturen ökar ökar temperatursignalen.
Ovanstående krets förspänner, inverterar och förstärker signalen från transistorn, vilket ger en ökning av utspänningen med ökande temperatur, och fungerar enligt följande.
Från referensspänningen som genereras av delaren R1R2 subtraheras spänningsfallet över transistorn och resultatet av subtraktionen förstärks. Referensspänningen väljs strax över spänningsfallet över transistorn vid en temperatur på 25 grader, vilket säkerställer att spänningen mäts under 25 grader.
Kretsens förstärkning bestäms av förhållandet R5/R4 + 1 och är för denna krets lika med 11. Den slutliga lutningen för temperatursignalen är 2*11=22mV/grad. För att säkerställa temperaturmätning från 0 grader måste alltså utsignalen vid 25 grader vara minst 25*0,022=0,55V. Överskottet av förspänningen över fallet på transistorn vid 25 grader måste vara minst 0,05V.
Spänningsfallet över transistorn vid 25 grader är 0,5-0,6V och beror på den specifika typen av transistor och strömmen genom den, och det är förmodligen omöjligt att välja referensspänningen "i farten", därför, i felsökningsstadiet, det är nödvändigt att välja motstånd R1R2 för en specifik typ av transistor och ström genom den, från en transistor till en annan, detta värde kan ändras, men detta kan redan korrigeras med mjukvarumetoder.
Strömmen genom transistorn bestäms av motståndet hos motståndet R3, i denna krets är strömmen ungefär lika med 15mA. Det rekommenderade värdet på strömmen genom transistorn är 10-20mA.
Ovanstående krets är anpassad för en ADC med en referensspänning på 3,3V, men kan även användas för en 5V referensspänning, för detta är det nödvändigt att öka kretsens förstärkning, baserat på det erforderliga temperaturområdet.
På R6VD1-elementen är en utgångsspänningsbegränsande krets monterad i nödsituationer, till exempel ett trådbrott till transistorn. Om matningsspänningen för op-amp inte överstiger referensspänningen för ADC, kan de uteslutas.
Som DA1 kan vilken operationsförstärkare som helst användas som ger drift med unipolär strömförsörjning och inspänning från 0V. Till exempel den billiga och vanliga LM358.
Som en transistor kan vilken icke-komposit transistor som helst med en p-n-p-struktur användas.
