Cihaz ve türleri
Bir termistör, direnci sıcaklığına bağlı olan yarı iletken bir cihazdır. Elemanın tipine bağlı olarak, direnç ısındıkça yükselebilir veya düşebilir. İki tip termistör vardır:
- NTC (Negatif Sıcaklık Katsayısı) - negatif sıcaklık direnç katsayısı (TCR) ile. Genellikle "Termistörler" olarak adlandırılırlar.
- PTC (Pozitif Sıcaklık Katsayısı) - pozitif bir TCS ile. Bunlara "Pozistor" da denir.
Önemli! Elektrik direncinin sıcaklık katsayısı, direncin sıcaklığa bağımlılığıdır. Sıcaklığı 1 santigrat derece arttığında elemanın direncinin kaç ohm veya nominal değerin yüzdesini değiştirdiğini açıklar.
Örneğin, geleneksel dirençlerin pozitif bir TCR'si vardır (ısıtıldığında iletkenlerin direnci artar).
Termistörler düşük sıcaklık (170K'ya kadar), orta sıcaklık (170-510K) ve yüksek sıcaklık (900-1300K) şeklindedir. Elemanın gövdesi plastik, cam, metal veya seramikten yapılabilir.
Şemadaki termistörlerin sembolik grafik gösterimi sıradan dirençlere benzer ve tek fark, bunların bir şeritle çizilmeleri ve yanında t harfinin belirtilmesidir.
Bu arada, direnci çevrenin etkisi altında değişen herhangi bir direnç bu şekilde belirlenir ve etkileyen miktarların türü harfle gösterilir, t sıcaklıktır.
Temel özellikleri:
- 25 santigrat derecede anma direnci.
- Maksimum akım veya güç kaybı.
- Çalışma sıcaklığı aralığı.
- teşekkürler
İlginç gerçek: Termistör 1930'da bilim adamı Samuel Ruben tarafından icat edildi.
Nasıl çalıştığına ve her birinin ne için olduğuna daha yakından bakalım.
ölçümler
|
|
|||||
|
Sıcaklığı ölçmek için yarı iletken diyotlar ve transistörler termal dönüştürücüler olarak kullanılabilir. Bunun nedeni, örneğin bir diyotun bağlantı noktasından ileri yönde akan sabit bir akım değerinde, bağlantıdaki voltajın sıcaklıkla neredeyse doğrusal olarak değişmesidir. Akım değerinin sabit olması için diyot ile seri olarak büyük bir aktif direncin dahil edilmesi yeterlidir. Bu durumda diyottan geçen akım ısınmasına neden olmamalıdır. Böyle bir sıcaklık sensörünün kalibrasyon özelliğini iki nokta kullanarak - ölçülen sıcaklık aralığının başında ve sonunda - oluşturmak mümkündür. Şekil 1, a, VD diyotu kullanan sıcaklık ölçüm devresini göstermektedir. Bir pil bir güç kaynağı görevi görebilir.
Pirinç. 1. Bir diyot (a) ve transistörler (b, c) kullanarak sıcaklığı ölçmek için şema. Köprü alıcıları, sensör direncinin başlangıç değerini telafi ederek cihazın bağıl hassasiyetini artırmanıza olanak tanır. Benzer şekilde, sıcaklık, transistörlerin emitör-taban geçişinin direncini etkiler. Bu durumda, transistör aynı anda hem sıcaklık sensörü hem de kendi sinyalinin yükselticisi olarak hareket edebilir. Bu nedenle, transistörlerin termal sensörler olarak kullanılması diyotlara göre bir avantaja sahiptir. Şekil 1b, bir sıcaklık dönüştürücü olarak bir transistörün (germanyum veya silikon) kullanıldığı bir termometre devresini göstermektedir. Hem diyotlarda hem de transistörlerde termometrelerin imalatında, bir kalibrasyon özelliği oluşturmak gerekirken, örnek bir ölçüm aleti olarak bir cıva termometresi kullanılabilir. Diyotlarda ve transistörlerde termometrelerin ataleti küçüktür: diyotta - 30 s, transistörde - 60 s. Pratik ilgi, kollardan birinde transistör bulunan bir köprü devresidir (Şekil 1, c). Bu devrede, emitör bağlantısı R4 köprüsünün kollarından birine dahil edilmiştir, kollektöre küçük bir blokaj voltajı uygulanır.
Anahtar etiketler: diyot, transistör, sıcaklık |
|||||
|
|||||
|
|||||
Sıcaklık sensörü olarak diyot - yarı iletken işlevi
Bir diyot, konfigürasyonunda yarı iletken özelliklerine sahip en basit cihazdır.
Diyotun iki ucu (verici ve alıcı) arasında uzay yükü bölgesi bulunur, aksi takdirde: p-n-kavşağı. Bu "köprü", elektronların bir kısımdan diğerine nüfuz etmesini sağlar, bu nedenle, kurucu yüklerinin farklı isimleri nedeniyle, diyotun içinde oldukça küçük ama yine de bir akım belirir. Elektronların diyot boyunca hareketi sadece bir yönde gerçekleşir. Elbette ters bir hareket var ama tamamen önemsiz ve bu yönde bir güç kaynağı bağlamaya çalıştığınızda diyot ters voltaj ile bloke oluyor. Bu, maddenin yoğunluğunu arttırır ve difüzyon meydana gelir. Bu arada, diyotun yarı iletken valf olarak adlandırılmasının nedeni budur (bir yönde hareket var, diğerinde değil).
Diyotun sıcaklığını artırmaya çalışırsanız, azınlık taşıyıcılarının sayısı (ana yönün tersi yönde hareket eden elektronlar) artacak ve p-n eklemi çökmeye başlayacaktır.
Diyot p-n bağlantısı boyunca voltaj düşüşü ile diyotun kendi sıcaklığı arasındaki etkileşim ilkesi, tasarlandıktan hemen sonra ortaya çıktı.
Sonuç olarak, bir silikon diyotun p-n bağlantısı en basit sıcaklık sensörüdür. TKV'si (voltaj sıcaklık katsayısı) Santigrat derece başına 3 milivolttur ve ileri voltaj düşüş noktası yaklaşık 0,7V'dir.
Normal çalışma için, bu voltaj seviyesi gereksiz yere düşüktür, bu nedenle diyotun kendisi sıklıkla kullanılmaz, ancak temel voltaj bölücü ile tamamlanan transistör p-n bağlantıları kullanılır.
Sonuç olarak, niteliklerindeki tasarım, tüm diyot dizisine karşılık gelir. Sonuç olarak, voltaj düşüşü göstergesi 0,7V'den çok daha büyük olabilir.
Diyotun TCR'si (direnç sıcaklık katsayısı) negatif (-2mV / ° C) olduğundan, salınım devresinin rezonans frekansının dengeleyici rolünü oynadığı varikaplarda kullanım için çok uygun olduğu ortaya çıktı. . Sıcaklık tarafından kontrol edilir.
Diyot voltaj düşüşü verileri
Dijital bir multimetrenin okumalarını analiz ederken, silikon diyotlar için pn bağlantısı boyunca voltaj düşüşü hakkındaki verilerin 690-700 mV ve germanyum için - 400-450 mV olduğu not edilebilir (bu tip diyot pratikte olmasa da) anda kullanılır). Ölçüm sırasında diyotun sıcaklığı yükselirse, aksine multimetre verileri azalacaktır. Isıtma kuvveti ne kadar büyük olursa, dijital verilerdeki düşüş o kadar büyük olur.
Genellikle bu özellik, bir elektronik sistemdeki çalışma sürecini stabilize etmek için kullanılır (örneğin, ses frekans yükselticileri için).
Bir diyot üzerinde bir termometre şeması.
Mikrodenetleyici için sıcaklık sensörleri
Şu anda, mikrodenetleyiciler üzerine birçok devre inşa edilmiştir ve çalışmaları sırasında sıcaklığın 125 ° C'yi geçmemesi koşuluyla, yarı iletken sensörlerin kullanılabileceği çeşitli sıcaklık ölçerler de buraya dahil edilebilir.
Sıcaklık ölçerler fabrikada kalibre edildiğinden sensörleri kalibre etmeye ve ayarlamaya gerek yoktur.Onlardan dijital veri şeklinde elde edilen sonuçlar mikrodenetleyiciye beslenir.
Alınan bilgilerin uygulanması, kontrolörün yazılım içeriğine bağlıdır.
Diğer şeylerin yanı sıra, bu tür sensörler termostatik modda çalışabilir, yani (önceden belirlenmiş bir programla) belirli bir sıcaklığa ulaşıldığında açılıp kapanabilir.
Ancak diğer sıcaklık göstergeleri referans olursa, programın yeniden yazılması gerekecektir.
Diğer uygulamalar
Bugün sıcaklık sensörlerinin seçimi çok geniş olmasına rağmen, hiç kimse en geniş anlamıyla elektrikli ütülerde, elektrikli şöminelerde ve elektronik cihazlarda sıklıkla kullanılan diyot versiyonlarını unutmuyor.
Sıcaklık koşullarındaki sınırlamalara rağmen, diyot sensörlerinin önemli avantajları vardır:
- göreceli ucuzluk;
- mütevazı boyutlar;
– çok sayıda elektronik cihazı kolayca sığdırın;
- mükemmel hassasiyet ve doğruluk.
Tüm bu nitelikler sayesinde, bu tip sensörlerin uygulama alanı yıldan yıla büyümektedir.
Makaleye yorumlar, eklemeler yazın, belki bir şeyleri kaçırdım. Site haritasına bir göz atın, sitemde faydalı başka bir şey bulursanız sevinirim.
Unijunction transistör üzerinde basit bir elektronik termometre
kategori
Ev için radyo devreleri
I. Neçaev. KurskRadio, 1992, No. 8, s. 17-18
Bu yazıda, evin dışında veya örneğin bir balkonda “sebze deposunda” belirli bir mesafeden sıcaklığı ölçmek için cihazlar tasarlama olasılığı hakkında konuşacağız.Bu işlevi gerçekleştirmenize izin veren birçok şema var, ancak sıcaklığa duyarlı bir sensör seçerken belirli özellikler vardır.
Kural olarak, çoğu durumda, bu tür cihazları tasarlarken, termistörler çoğunlukla radyo amatörleri tarafından kullanılır. Oldukça geniş bir termal direnç katsayısına (bundan sonra TCR olarak anılacaktır) sahiptirler - derece başına %8'e kadar. Bununla birlikte, ölçülen sıcaklıklar bölgesinde büyük ölçüde değişir. Ev termometreleri için bu gerçeğe gözlerinizi kapatabilirseniz, o zaman geniş bir sıcaklık aralığından bahsediyorsak (örneğin, bizim durumumuzda olduğu gibi, - 40 derece C ila + 40 derece C), o zaman bazı problemler ortaya çıkar. ölçüm ölçeği cihazının mezuniyeti, doğrusallığını kaybedecektir.
Ayrıca, herhangi bir yarı iletken cihazın en yaygın pn bağlantısının bir sıcaklık sensörü olarak hizmet edebileceğini biliyoruz, ancak basit bir bağlantının TCH'si çok küçüktür - derece başına% 0,3'ten fazla değildir ve bu, ek yükseltme devrelerinin kullanılmasını gerektirir, bu da tasarımı büyük ölçüde karmaşıklaştırıyor.
Deneyimlerin gösterdiği gibi, KT117 tipi unijunction transistörleri, gösterildiği gibi bağlarsanız, sıcaklık sensörü olarak kullanım için en uygunudur (2 \ 3 USCT TV'nin güç kaynaklarında kullanılmışlardır ve bunları bulmak zor olmayacaktır). Resimde
Böyle bir dahil etmenin bir sonucu olarak, 5 ... 10 kOhm dirençli bir CTS ile derece C başına yaklaşık% 0,7 ... 0,9 olan bir termistör elde ederiz. Bu durumda, cihazın ölçeği üzerinde doğrusal olacaktır. tüm sıcaklık aralığı. Tek bağlantı transistörünün bu özelliği, devresi şekilde gösterilen bir cihazda bir sıcaklık sensörü olarak kullanılmasını mümkün kılmıştır.
Dikkate alınan elektronik termometrenin temeli, bir kolunda tek bağlantı transistörü VT1'in bağlı olduğu R2-R5 dirençleri üzerinde bir ölçüm köprüsüdür. Köprünün köşegenine, ortasında sıfır olan bir PA1 mikro ampermetre monte edilmiştir. Tam dalga doğrultucu bir güç kaynağı olarak hizmet edebilir, bu amaçla devreye bir VT2 transistöründe bir parametrik dengeleyici ve bir VD1 zener diyotu verilir. Cihaz kısa bir süre çalıştırılacaksa (açılır, bakılır, kapatılır), 9 voltluk “Krona” tipi bir pil de kullanılabilir, bu durumda stabilizasyon devreleri devreden çıkarılabilir.
Cihazın özü aşağıdaki gibidir: devredeki tüm dirençler sabittir, sadece rolü transistör tarafından oynanan sıcaklık sensörünün direnci değişkendir.Ortam sıcaklığı değiştiğinde, sıcaklık sensöründen geçen akım değişecektir. Ayrıca, akım, sıcaklıktaki bir artışla hem yukarı doğru hem de sıcaklıktaki bir düşüşle aşağı doğru değişecektir.Sadece ölçüm köprüsünün dirençlerini seçerek ve cihazın okumalarını ayarlamak için ayar direncini R1 ayarlayarak kaldığı ortaya çıktı. 0 derece C'de sıfıra ok.
Cihazı kurarken aşağıdaki önerileri kullanabilirsiniz - buzdolabından eriyen buz "sıfır" sıcaklık için referans olarak kullanılabilir. 40 ... 50 derece C'lik bir sıcaklık elde etmek de zor değil. Fırını istediğiniz sıcaklığa kolayca ısıtabilirsiniz. Böylece skala üzerinde uygun işaretleri yaparak cihazın sıfır konumunu ve maksimum pozitifini ayarlayabilirsiniz. Ölçüm skalası doğrusal olacağından, "eksi" işareti "artı" işaretiyle aynı mesafede yapılabilir.
Termometrenin tüm parçaları, bir taslağı şekilde gösterilen tek taraflı folyo textolite'den yapılmış bir baskılı devre kartına monte edilmiştir.
Cihazın yaklaşık bir görünümü aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.
Bu termometre için, ölçeğin ortasında sıfır bulunan 50 μA'lık bir akım için M4206 tipi bir mikro ampermetre en uygunudur. Birdenbire bu cihaz mevcut değilse, belirtilen akım için (tercihen büyük bir ölçüm ölçeğiyle) başka herhangi bir mikroammetre kullanabilirsiniz, ancak daha sonra pozitif ve kontrol etmek için devreye ek bir düğmenin eklenmesi gerekecektir. şekilde gösterildiği gibi negatif sıcaklıkları ayrı ayrı
Sonunda: gerekirse, cihaz aşağıdaki şemaya göre açılarak birkaç sıcaklık sensörü ile donatılabilir.
Böylece, örneğin evde ve sokakta çeşitli nesnelerdeki sıcaklığı kontrol edebileceğiz.
MK devrelerindeki transistörlerdeki termal sensörler
Yarı iletken malzemelerin fiziksel doğası, parametrelerinin oldukça güçlü bir şekilde sıcaklığa bağlı olduğu şekildedir. Geleneksel yükseltme devrelerinde, bu fenomenle savaşılırken, sıcaklık ölçerlerde, aksine, teşvik edilirler.Örneğin, sabit bir kollektör akımına sahip silikon transistörlerde, artan sıcaklıkla, baz-yayıcı voltajı U^^^ ile azalır. 2.1 mV / ° C'lik bir teorik katsayı. Gerçek değişim 1000|mV|/Gx1 K] oranıyla orantılıdır, burada Gx Kelvin ölçeğinde orta sıcaklıktır.
Hesaplama örneği. 7;) = 20°C sıcaklıkta standart bir silikon transistörün tabanı ile emitörü arasındaki voltaj ^^^ olsun.
Kasasının sıcaklığındaki G, \u003d 35 ° C'ye bir artışla, bu voltaj 49m V azalır: i
Gerçek voltaj, transistörün çalışma noktasının konumuna ve tipine bağlı olarak hesaplanandan biraz farklı olabilir. Her durumda, kristalin kendi kendine ısınmasının etkisini ortadan kaldırmak için /?-/7-bağlantısından akan akımın azaltılması ve stabilize edilmesi önerilir.
Pirinç. 3.67. Transistör termal sensörlerini MK'ye bağlama şemaları:
a) -30…+150°C aralığında sıcaklık ölçümü. Sıcaklık sensörü, voltajın (/[^e yaklaşık 2 mV / ° C katsayısı ile "saptığı") VTI transistörüdür. Dirençler R4 ve 7, MK girişinde sıcaklık aralığını ve +3 V kalibrasyon voltajını ayarlar. oda sıcaklığı + 25 ° C Transistör VTI, ucu ısıya dayanıklı plastik bir boruya bastırılabilen metal bir kasaya sahiptir ve tüm yapı harici bir prob veya prob olarak kullanılabilir;
b) tek bağlantı transistör VTI'ye dayalı bir sıcaklık sensörü, 0…+ 100°С aralığında sıcaklık ölçümünün doğrusallığını sağlar;
c) VTI transistörü özel olarak küçük boyutlu yüzeye monte (SMD) olarak kullanılır. Bu, sensörün termal ataletini azaltmak için gereklidir. Örneğin, bir SMD transistörü, 10 ° C'lik bir sıcaklık sıçramasından bir dakika sonra kararlı bir termal rejime girer (tipik bir "büyük" transistör birkaç kat daha uzun sürer).Direnç /^/ VTI, VT2\ transistörlerinden oluşan diferansiyel devreyi dengeler
Şek. 3.67, a ... d, transistör termal sensörlerinin MK'ye bağlantı şemalarını gösterir.
d) transistör VT1'in gövdesinde, ölçülen nesnenin yüzeyinde bir vida ile sabitlenebileceği bir delik vardır. Transistörün kollektörü, kurulum sırasında dikkate alınması gereken gövdesine elektriksel olarak bağlıdır. Sıcaklık dönüşüm katsayısı, direnç R3/R2 oranıyla doğru orantılıdır (bu devrede yaklaşık 20 mV/°C).
E-çekirdekli transistörde termal sensör
Bu yazıda sıcaklık sensörü olarak bipolar transistör kullanımından bahsedeceğim. Açıklama, bir soğutucunun (soğutucunun) sıcaklığını ölçmek için kullanılması bağlamında verilmiştir.
Sıcaklık sensörünün transistör üzerindeki ana avantajı, radyatör ile iyi bir termal temas sağlaması ve üzerine sabitlemenin nispeten kolay olması ve bipolar transistörün pahalı olmamasıdır.
Aşağıda, bir transistörün ve bir op-amp üzerindeki bir sinyal işleme biriminin açılmasının bir diyagramı verilmiştir. VT1, radyatöre bağlı olan transistör sıcaklık sensörüdür.
Transistör kasıtlı olarak p-n-p yapılarında kullanılır. soğutucu genellikle devrenin ortak kablosuna bağlanır ve TO-220 paketindeki transistörün kolektörü soğutucuya bağlanır ve transistörü takarken, onu soğutucudan elektriksel olarak ayırmaya gerek yoktur, bu da tasarımı daha da basitleştirir.
P-n bağlantısı boyunca voltaj düşüşü, yaklaşık -2 mV / derecelik bir diklik ile sıcaklığındaki bir artışla değişir (yani, artan sıcaklıkla azalır). Böyle küçük bir voltaj değişikliği ADC'yi işlemek için çok uygun değildir, ayrıca bağımlılık doğrudan olduğunda, yani. sıcaklık arttıkça, sıcaklık sinyali artar.
Yukarıdaki devre, artan sıcaklıkla çıkış voltajında bir artış sağlayarak, transistörden gelen sinyali saptırır, tersine çevirir ve güçlendirir ve aşağıdaki gibi çalışır.
Bölücü R1R2 tarafından üretilen referans voltajdan, transistör boyunca voltaj düşüşü çıkarılır ve çıkarmanın sonucu yükseltilir. Referans voltajı, 25 derecelik bir sıcaklıkta transistör boyunca voltaj düşüşünün hemen üzerinde seçilir, bu da voltajın 25 derecenin altında ölçülmesini sağlar.
Devrenin kazancı R5/R4 + 1 oranı ile belirlenir ve bu devre için 11'e eşittir. Sıcaklık sinyalinin son eğimi 2*11=22mV/derecedir. Bu nedenle 0 dereceden sıcaklık ölçümünü sağlamak için 25 derecede çıkış sinyali en az 25*0.022=0.55V olmalıdır. 25 derecede transistör üzerindeki düşüşün üzerindeki bias voltajının fazlalığı en az 0,05V olmalıdır.
25 derecede transistör boyunca voltaj düşüşü 0,5-0,6V'dir ve belirli transistör tipine ve içinden geçen akıma bağlıdır ve muhtemelen "anında" referans voltajını seçmek imkansızdır, bu nedenle hata ayıklama aşamasında, belirli bir transistör tipi için R1R2 dirençlerini ve bunun üzerinden geçen akımı bir transistörden diğerine seçmek gerekir, bu değer değişebilir, ancak bu zaten yazılım yöntemleriyle düzeltilebilir.
Transistörden geçen akım, direnç R3'ün direnci ile belirlenir, bu devrede akım yaklaşık 15mA'ya eşittir. Transistör üzerinden önerilen akımın değeri 10-20mA'dır.
Yukarıdaki devre, 3.3V referans voltajına sahip bir ADC için uyarlanmıştır, ancak 5V referans voltajı için de kullanılabilir, bunun için gerekli sıcaklık aralığına bağlı olarak devrenin kazancını artırmak gerekir.
R6VD1 elemanlarında, acil durumlarda, örneğin transistöre giden bir kablo kopması durumunda bir çıkış voltajı sınırlama devresi monte edilir. Op-amp'nin besleme voltajı ADC'nin referans voltajını aşmazsa, bunlar hariç tutulabilir.
Herhangi bir op amp, DA1 olarak kullanılabilir, tek kutuplu güç kaynağı ve 0V'dan giriş voltajı ile çalışma sağlar. Örneğin, ucuz ve yaygın LM358.
Bir transistör olarak, bir p-n-p yapısındaki herhangi bir bileşik olmayan transistör kullanılabilir.
