Диод как датчик температуры: Диод как датчик температуры- функция полупроводника

Диод как датчик температуры- функция полупроводника

Диод — наипростейший по своей комплектации прибор, обладающий свойствами полупроводника.

Между двумя крайностями диода (донорной и акцепторной) пролегает область пространственного заряда, иначе: p-n-переход. Этот «мост» обеспечивает проникновение электронов из одной части в другую, поэтому, в силу разноимённости составляющих его зарядов, внутри диода возникает довольно малый по силе, но всё-таки ток. Движение электронов по диоду происходит только в одну сторону. Обратный ход конечно есть, но совершенно незначительный, а при попытке подключить в этом направлении источник питания диод запирается обратным напряжением. Это увеличивает плотность вещества и возникает диффузия. Кстати, именно по этой причине диод носит название полупроводникового вентиля (в одну сторону движение есть, в другую — нет).

Если попытаться повысить температуру диода, то количество неосновных носителей (электронов двигающихся в обратном основному направлении) увеличится, а p-n-переход начнёт разрушаться.

Именно поэтому рабочая температура полупроводников имеет определённые ограничения

Принцип взаимодействия между падением напряжения на диодном p-n-переходе и температурой самого диода была выявлена практически сразу после того, как он был сконструирован.

В результате p-n-переход диода из кремния — это наиболее простой температурный датчик. Его ТКН (температурный коэффициент напряжения) составляет 3 милливольта на градус цельсия, а точка прямого падения напряжения — около 0,7В.

Для нормальной работы данный уровень напряжения излишне мало, поэтому чаще используется не сам диод, а транзисторные p-n-переходы в комплекте с базовым делителем напряжения.

В результате, конструкция по своим качествам соответствует целой последовательности диодов. Как итог, показатель по падению напряжения может быть гораздо большим, чем 0,7В.

Поскольку ТКС (температурный коэффициент сопротивления) диода является отрицательным (- 2mV/°C), то он оказался весьма актуальным для использования в варикапах, где ему отводится роль стабилизатора резонансной частоты колебательного контура. Контроль осуществляется при помощи температуры.

 

Данные по падению напряжения на диодах

При анализе показаний цифрового мультиметра можно отметить, что данные по падению напряжения на p-n-переходе для кремниевых диодов составляют 690-700 мВ, а у германиевых — 400-450 мВ (хотя этот вид диодов на данный момент практически не используется).  Если во время замера температура диода поднимается, то данные мультиметра напротив снизятся. Чем значительнее сила нагрева, тем значительнее падают цифровые данные.

Обычно это свойство используется для стабилизации процесса работы в электронной системе (например, для усилителей звуковых частот).

Схема термометра на диоде.

Датчики температуры для микроконтроллера

На данный момент многие схемы строятся на микроконтроллерах, сюда же можно отнести и разнообразные измерители температуры, в которых могут быть применены полупроводниковые датчики при условии, что температура при их эксплуатации не превысит 125°C.

Поскольку градуирование температурных измерителей происходит ещё на заводе, калибровать и настраивать датчики нет никакой необходимости. Получаемые от них результаты в виде цифровых данных поступают в микроконтроллер.

Применение полученной информации зависит от программного наполнения контроллера.

Помимо прочего, такие датчики могут работать в термостатном режиме, то есть (при заранее заданной программе) включаться или выключаться по достижении определённой температуры.

Однако, если опорными станут другие температурные показатели, программу придётся переписывать.

 

Прочие сферы применения

Хотя на сегодняшний день выбор температурных датчиков весьма широк, никто не забывает про их диодный вариант, который достаточно часто применяется в электроутюгах,  электрокаминах и электронике в самом широком её смысле.

Несмотря на ограничения по температурному режиму диодные датчики имеют свои значительные плюсы:

— относительная дешевизна;

— скромные габариты;

— запросто подойдут к огромному числу электронных приборов;

— превосходная чувствительность и точность.

Благодаря всем этим качествам область применения датчиков данного типа растёт из года в год.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Похожее

Диод как датчик температуры | Электронщик

Диод – наипростейший по своей комплектации прибор, обладающий свойствами полупроводника.

Между двумя крайностями диода (донорной и акцепторной) пролегает область пространственного заряда, иначе: p-n-переход. Этот “мост” обеспечивает проникновение электронов из одной части в другую, поэтому, в силу разноимённости составляющих его зарядов, внутри диода возникает довольно малый по силе, но всё-таки ток. Движение электронов по диоду происходит только в одну сторону. Обратный ход конечно есть, но совершенно незначительный, а при попытке подключить в этом направлении источник питания диод запирается обратным напряжением. Это увеличивает плотность вещества и возникает диффузия. Кстати, именно по этой причине диод носит название полупроводникового вентиля (в одну сторону движение есть, в другую – нет).

Если попытаться повысить температуру диода, то количество неосновных носителей (электронов двигающихся в обратном основному направлении) увеличится, а p-n-переход начнёт разрушаться.

Именно поэтому рабочая температура полупроводников имеет определённые ограничения

Принцип взаимодействия между падением напряжения на диодном p-n-переходе и температурой самого диода была выявлена практически сразу после того, как он был сконструирован.

В результате p-n-переход диода из кремния – это наиболее простой температурный датчик. Его ТКН (температурный коэффициент напряжения) составляет 3 милливольта на градус цельсия, а точка прямого падения напряжения – около 0,7В.

Для нормальной работы данный уровень напряжения излишне мало, поэтому чаще используется не сам диод, а транзисторные p-n-переходы в комплекте с базовым делителем напряжения.

В результате, конструкция по своим качествам соответствует целой последовательности диодов. Как итог, показатель по падению напряжения может быть гораздо большим, чем 0,7В.

Поскольку ТКС (температурный коэффициент сопротивления) диода является отрицательным (- 2mV/°C), то он оказался весьма актуальным для использования в варикапах, где ему отводится роль стабилизатора резонансной частоты колебательного контура. Контроль осуществляется при помощи температуры.

Данные по падению напряжения на диодах

При анализе показаний цифрового мультиметра можно отметить, что данные по падению напряжения на p-n-переходе для кремниевых диодов составляют 690-700 мВ, а у германиевых – 400-450 мВ (хотя этот вид диодов на данный момент практически не используется).  Если во время замера температура диода поднимается, то данные мультиметра напротив снизятся. Чем значительнее сила нагрева, тем значительнее падают цифровые данные.

Обычно это свойство используется для стабилизации процесса работы в электронной системе (например, для усилителей звуковых частот).

Схема термометра на диоде.

Датчики температуры для микроконтроллера

На данный момент многие схемы строятся на микроконтроллерах, сюда же можно отнести и разнообразные измерители температуры, в которых могут быть применены полупроводниковые датчики при условии, что температура при их эксплуатации не превысит 125°C.

Поскольку градуирование температурных измерителей происходит ещё на заводе, калибровать и настраивать датчики нет никакой необходимости. Получаемые от них результаты в виде цифровых данных поступают в микроконтроллер.

Применение полученной информации зависит от программного наполнения контроллера.

Помимо прочего, такие датчики могут работать в термостатном режиме, то есть (при заранее заданной программе) включаться или выключаться по достижении определённой температуры.

Однако, если опорными станут другие температурные показатели, программу придётся переписывать.

Прочие сферы применения

Хотя на сегодняшний день выбор температурных датчиков весьма широк, никто не забывает про их диодный вариант, который достаточно часто применяется в электроутюгах,  электрокаминах и электронике в самом широком её смысле.

Несмотря на ограничения по температурному режиму диодные датчики имеют свои значительные плюсы:

– относительная дешевизна;

– скромные габариты;

– запросто подойдут к огромному числу электронных приборов;

– превосходная чувствительность и точность.

Благодаря всем этим качествам область применения датчиков данного типа растёт из года в год.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта Электронщик, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Делитесь информацией в соцсетях, ставьте лайки, если вам понравилось – это поможет развитию канала

Цепи термостабилизации. Диод — датчик температуры

 

Выше при описании многих устройств уже делался акцент на проблеме температурной стабилизации режимов их работы. Это важно и для источников опорного напряжения, и для контуров, перестраиваемых варикапами, и для разнообразных схем ограничителей, логарифмических преобразователей и т.д. Причиной неустойчивости параметров тех либо иных узлов радиоэлектронной аппаратуры при изменении температуры является в первую очередь температурная зависимость физических свойств полупроводниковых материалов и электрических переходов, применяемых в полупроводниковых приборах. Для компенсации этой зависимости используются, как правило, различные нелинейные элементы, включаемые определенным образом в электрические цепи, обеспечивающие рабочие режимы основных температурно-зависимых компонентов. Логично, что в качестве компенсирующих нелинейных элементов часто применяются полупроводниковые приборы (диоды и транзисторы), температурная зависимость параметров которых аналогична температурной зависимости основных компонентов. Вопрос заключается лишь в том, каким образом включить во вспомогательные цепи компенсирующий элемент так, чтобы не нарушить режим работы узла и обеспечить нейтрализацию температурных факторов.

Известно, что при заданном токовом режиме падение напряжения на прямосмещенном диоде будет уменьшаться с ростом температуры и увеличиваться при ее уменьшении. Это может быть использовано для стабилизации режима работы транзисторных усилителей, выполненных по различным схемам. Достаточно включить диод (или цепь из нескольких соединенных последовательно диодов) в делитель напряжения, задающий режим работы транзистора по постоянному току. На рис. 3.8-1 приведен пример такого решения в высокочастотном усилителе, выполненном по схеме с общей базой.

 

Рис. 3.8-1. Усилительный каскад на транзисторе по схземе с ОБ с диодной температурной компенсацией

 

Работа схемы происходит следующим образом. При нормальной температуре рабочий режим усилителя устанавливается делителем напряжения \(R2\), \(VD1\), \(VD2\) (использование диодов, кроме прочего, гарантирует высокую стабильность напряжения на базе транзистора вне зависимости от тока базы) и резистором \(R1\), который подбирают исходя из требуемого для конкретного транзистора коллекторного тока. Известно, что при понижении температуры (например, в случае эксплуатации данного усилителя в тяжелых погодных условиях) и стабильном значении напряжения эмиттер-база в схеме с общей базой будет наблюдаться заметное уменьшение эмиттерного и коллекторного токов и, как следствие, падение общего коэффициента усиления каскада. Однако поскольку в цепи базового делителя присутствуют диоды, то с уменьшением температуры падение напряжения на них будет возрастать, соответственно будет возрастать и напряжение на эмиттерном переходе транзистора. Эмиттерный ток при этом будет оставаться практически неизменным или даже несколько вырастет, что обычно полезно для компенсации незначительного падения коэффициента усиления каскада из-за падения напряжения на коллекторном переходе (это происходит из-за повышения напряжения на базе транзистора, а также из-за падения при уменьшении температуры окружающей среды выходного напряжения химических источников питания, часто применяемых в носимой аппаратуре).

Аналогичное решение может быть применено в схеме усилителя с общим эмиттером (рис. 3.8‑2).

 

Рис. 3.8-2. Усилительный каскад на транзисторе по схеме с ОЭ с диодной температурной компенсацией

 

Чаще всего диоды используются в двухтактных усилительных каскадах (рис. 3.8-3), помимо температурной компенсации здесь они обеспечивают значительное уменьшение нелинейных искажений. Очень важно, чтобы эти диоды имели максимально возможный тепловой контакт с выходными транзисторами каскада. При необходимости количество последовательно включенных диодов может быть увеличено.

 

Рис. 3.8-3. Включение диодов на входе двухтактного усилителя

 

Рис. 3.8-4. Мощный оконечный каскад УМЗЧ с термостабилизирующими диодами

 

Мощный усилительный каскад по схеме на рис. 3.8-4 также включает цепь термостабилизации тока покоя выходных транзисторов. Она состоит из диодов \(VD1\), \(VD2\) (может применяться и большее количество диодов).

Очевидно, что помимо температурной компенсации, диоды могут использоваться для непосредственного измерения температуры. Пример схемы электронного термометра с диодом в качестве основного чувствительного элемента представлен на рис. 3.8-5.

 

Рис. 3.8-5. Электронный термометр с диодным датчиком

 

 

Датчики и сенсоры онлайн журнал

Характеристики полупроводникового р-п перехода в диодах и биполярных транзисторах довольно сильно зависят от температуры [11]. Если прямосмещенный переход соединить с генератором постоянного тока (рис. 16.19А) (см. раздел 5.3.1 главы 5), выходное напряжение, снимаемое с него, будет прямо пропорционально изменению его температуры (рис. 16.20). Достоинством такого датчика является его линейность, что дает возможность проводить его калибровку только по двум точкам для определения наклона прямой и ее пересечения с координатной осью (наклон прямой характеризует чувствительность детектора). Рис. 16.20. Зависимость напряжения от температуры для прямосмещенного полупроводникового перехода, снятая в условиях постоянного тока к примеру, для кремниевого перехода, работающего при токе 10 мкА, температурная чувствительность равна — 2.3 мВ/°С, а при токе 1 мА, она падает до — 2.0 мВ/°С. Любой диод или биполярный транзистор могут быть использованы в качестве сенсоров температуры. На рис. 16.19Б отображена схема детектора температуры на базе транзистора, в той вместо источника тока используется источник напряжения и резистор R. Ток, протекающий через транзистор, можно найти из выражения: Рекомендуется работать при токе 100 мкА. Тогда при Е = 5 В и К=0.6 В, сопротивление R = (E-V)/I = 44 кОм. При увеличении температуры напряжение Кпада— Рис. 16.21. Зависимость погрешности измерений от температуры, построенная для датчика температуры, реализованного на основе кремниевого транзистора PN100 ет, что приводит к незначительному увеличению тока /. В соответствии с уравнением (16.47) это вызывает нето снижение чувствительности, которая выражается в появлении нелинейности. Этой нелинейностью в ряде случаев можно пренебречь, однако иногда при обработке сигналов ее приходится учитывать. Благодаря простоте и очень низкой стоимости, транзисторные (диодные) датчики температуры получили довольно широкое распространение. На рис. 16.21 отображена зависимость погрешности измерений датчика температуры, реализованного на основе транзистора PN100, от температуры при рабочем токе 100 мкА. Как видно из рисунка, погрешность измерений довольно мала, и во многих случаях можно даже обойтись без коррекции нелинейности. Детекторы температуры на основе диодов часто встраиваются в кремниевую подложку монолитных сенсоров для осуществления температурной компенсации. к примеру, такие детекторы методом диффузии формируются на мембранах кремниевых микросенсоров давления для компенсации температурной зависимости пьезорезистивных элементов. Напряжение на транзисторах всегда пропорционально абсолютной температуре в Кельвинах. На основе этого свойства можно реализовать недорогой, но достаточно точный датчик температуры. В этом датчике можно либо непосредственно измерять напряжение, либо предварительно преобразовать напряжение в ток, по величине того определять температуру [12]. Такой полупроводниковый датчик температуры построен на основе зависимости между напряжением база-эмиттер (VBE) и коллекторным током биполярного транзистора. На рис. 16.22А отображена упрощенная схема детектора температуры. В этом датчике транзисторы Ql и Q4 формируют, так называемое, токовое зеркало, вырабатывающее два одинаковых тока Тс=1 и /„=/, которые поступают на транзисторы Qx и Qr Величина коллекторных токов определяется сопротивлением R. В монолитной схеме транзистор Q2, как правило, состоит из нескольких идентичных транзисторов (к примеру, 8), включенных параллельно. Поэтому плотность тока в Q] будет в восемь раз больше, чем на каждом из транзисторов, входящих в состав Qr Разность напряжений база-эмиттер двух транзисторов Qx и Q2 равна: где г-множитель тока (8 в нашем примере), к — постоянная Больцмана, q — заряд электрона, Т — температура в Кельвинах. Ток Icm одинаков для обоих транзисторов. Ток, протекающий через резистор R, создает на нем напряжение V = 179 мкВ/ К, величина того не зависит от токов на коллекторах. Исходя из этого, можно найти выражение для суммарного тока, протекающего через датчик: При г=8 и R = 358 Ом, данный датчик обладает линейной передаточной функцией: //Г= 1 мкА/К. Рис. 16.22. Упрощенная схема полупроводникового датчика температуры (А) и зависимости тока от напряжения (Б) На рис. 16.22Б отображены зависимости тока от напряжения, построенные для разных температур. Отметим, что значение выражения в круглых скобках в уравнении (16.50) в данном конкретном случае является постоянной величиной и может быть точно подстроено в процессе изготовления для получения требуемого наклона. Ток легко преобразуется в напряжение. к примеру, если последовательно с датчиком включить резистор номиналом 10 кОм, напряжение на нем будет прямо пропорционально абсолютной температуре. Работа упрощенной схемы, отображенной на рис. 16.22А, соответствует Рис. 16.23. Типовая передаточная функция полупроводникового датчика температуры LM35DZ (Напечатано с разрешения National Semiconductors, Inc) Поскольку таких транзисторов не бывает, в схемы, применяемые на практике, приходится вводить много дополнительных компонентов. Многие фирмы выпускают датчики температуры, реализованные на этом принципе. Среди них LM35 (National Semiconductors) — с выходом по напряжению и AD590 (Analog Devices) — с токовым выходом. На рис. 16.23 отображена передаточная функция датчика LM35Z, чувствительность того настроена на уровень 10 мВ/°С. Погрешность нелинейности такого датчика невелика, обычно она не выходит за пределы ±0.ГС. .   Список тем   Назад   Вперед     Информация исключительно в ознакомительных целях. При использовании материалов этого сайта ссылка обязательна.Правообладатели статей являются их правообладателями.

По вопросам размещения статей   пишите на email: [email protected]

ЭлектроВести – Терморегулятор для электрического котла

Описание простой и надежной схемы терморегулятора для системы отопления.

Наша зима сурова и холодна, и об этом знают все. Поэтому помещения, где находятся люди, должны отапливаться. Наиболее распространенным является центральное отопление либо индивидуальные газовые котлы.

Нередко возникают ситуации, когда ни то, ни другое не доступно: например в чистом поле стоит небольшое помещение насосной станции водопровода, и там круглосуточно дежурит машинист. Также это может быть караульная вышка или отдельно взятая комната в большом необитаемом здании. Таких примеров можно найти немало.

Во всех этих случаях приходится устраивать отопление при помощи электричества. Если помещение невелико, то вполне можно обойтись обычным масляным электрическим радиатором бытового назначения. Для комнаты побольше площадью около 15 – 20 квадратных метров чаще всего отопление устраивают водяное с помощью радиатора, сваренного из труб, который часто называют регистром.

Если пустить дело на самотек и не следить за температурой воды, то рано или поздно она просто закипит и дело может закончиться выходом из строя всего котла, прежде всего его нагревательного элемента. Чтобы такого досадного случая не произошло, температура нагрева управляется терморегулятором.

Один из возможных вариантов подобного устройства и предлагается в данной статье. Конечно, нынешняя зима уже на исходе, но не следует забывать, что сани лучше всего готовить летом.

Функционально устройство можно разделить на несколько узлов: собственно датчик температуры, сравнивающее устройство (компаратор) и устройство управления нагрузкой. Далее следует описание отдельных частей, их схема и принцип работы.

Датчик температуры

Отличительной особенностью описываемой конструкции является то, что в качестве датчика температуры используется обычный биполярный транзистор, что позволяет отказаться от поиска и приобретения терморезисторов или датчиков различных типов, например ТСМ.

Работа такого датчика основана на том, что, как и у всех полупроводниковых приборов, параметры транзисторов в немалой степени зависят от температуры окружающей среды. В первую очередь это обратный ток коллектора, который с повышением температуры возрастает, что сказывается отрицательно на работе, например, усилительных каскадов. Их рабочая точка смещается настолько, что возникают значительные искажения сигнала, и в дальнейшем транзистор просто перестает реагировать на входной сигнал.

Такая ситуация присуща в основном схемам с фиксированным током базы. Поэтому, применяются схемы транзисторных каскадов с элементами обратной связи, которые стабилизируют работу каскада в целом, и в том числе снижают воздействие температуры на работу транзистора.

Такая температурная зависимость наблюдается не только у транзисторов, но и у диодов. Чтобы в этом убедиться достаточно с помощью цифрового мультиметра «прозвонить» любой диод в прямом направлении. Как правило, прибор покажет цифру близкую к 700. Это как раз прямое падение напряжения на открытом диоде, которое прибор показывает в милливольтах. Для кремниевых диодов при температуре 25 градусов Цельсия этот параметр составляет приблизительно 700 мВ, а для германиевых диодов около 300.

Если теперь этот диод немного подогреть, хотя бы паяльником, то эта цифра будет постепенно уменьшаться, поэтому считается, что температурный коэффициент напряжения у диодов -2мВ/град. Знак «минус» в данном случае указывает на то, что с повышением температуры прямое напряжение на диоде будет уменьшаться.

Такая зависимость также позволяет использовать диоды в качестве датчиков температуры. Если тем же прибором «прозвонить» переходы транзистора, то результаты будут очень похожи, поэтому транзисторы достаточно часто применяются в качестве датчиков температуры.

В нашем случае работа всего терморегулятора как раз и основана на этом «отрицательном» свойстве каскада с фиксированным током базы. Схема терморегулятора показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема терморегулятора (при нажатии на картинку откроется схема в большем масштабе).

Датчик температуры собран на транзисторе VT1 типа КТ835Б. Нагрузкой этого каскада является резистор R1, а резисторы R2, R3 задают режим работы транзистора по постоянному току. Фиксированное смещение, о котором упоминалось чуть выше, задается резистором R3 таким образом, чтобы напряжение на эмиттере транзистора при комнатной температуре составляло около 6,8 В. Поэтому на схеме в обозначении этого резистора присутствует звездочка (*). Особой точности тут добиваться не надо, лишь бы не было это напряжение намного меньше или больше. Измерения следует проводить относительно коллектора транзистора, который соединен с общим проводом источника питания.

Транзистор структуры p-n-p КТ835Б выбран не случайно: его коллектор соединен с металлической пластиной корпуса, которая имеет отверстие для крепления транзистора на радиатор. За это отверстие транзистор крепится к небольшой металлической пластине, к которой также крепится подводящий провод.

Получившийся датчик крепится с помощью металлических хомутов к трубе системы отопления. Поскольку, как уже отмечалось, коллектор соединен с общим проводом источника питания, между трубой и датчиком не потребуется ставить изолирующую прокладку, что упрощает конструкцию и улучшает тепловой контакт.

Компаратор

Для задания температуры служит компаратор, выполненный на операционном усилителе ОР1 типа К140УД608. Через резистор R5 на его инвертирующий вход подается напряжение с эмиттера транзистора VT1, а на неинвертирующий вход через резистор R6 подается напряжение с движка переменного резистора R7.

Это напряжение задает температуру, при которой будет отключаться нагрузка. Резисторами R8, R9 задаются верхний и нижний диапазон установки порога срабатывания компаратора, а следовательно пределы регулирования температуры. С помощью резистора R4 обеспечивается необходимый гистерезис срабатывания компаратора.

Устройство управления нагрузкой

Устройство управления нагрузкой выполнено на транзисторе VT2 и реле Rel1. Здесь же находится индикация режимов работы терморегулятора. Это светодиоды HL1 красного цвета, и HL2 зеленого. Красный цвет означает нагрев, а зеленый, что заданная температура достигнута. Диод VD1, включенный параллельно обмотке реле Rel1, защищает транзистор VT2 от напряжений самоиндукции, возникающих на катушке реле Rel1 в момент отключения.

Современные малогабаритные реле позволяют коммутировать достаточно большие токи. Примером такого реле может служить реле фирмы Tianbo, показанное на рисунке 2.

Рисунок 2. Малогабаритное реле фирмы Tianbo.

Как видно на рисунке реле допускает коммутацию тока до 16А, что позволяет управлять нагрузкой мощностью до 3Квт. Это максимальная нагрузка. Чтобы несколько облегчить режим работы контактной группы, мощность нагрузки следует ограничить на уровне 2…2,5 КВт. Такие реле в настоящее время применяются очень широко в автомобильной и бытовой технике, например, в стиральных машинах. При этом габариты реле не превышают размеров спичечного коробка!

Работа и наладка терморегулятора

Как было сказано в начале статьи, при комнатной температуре напряжение на эмиттере транзистора VT1 около 6,8 В, а при нагревании до 90°C напряжение понижается до 5,99 В. Для проведения подобных опытов в качестве нагревателя подойдет настольная лампа с металлическим абажуром, а для измерения температуры китайский цифровой мультиметр с термопарой, например DT838. Если датчик собранного устройства укрепить на абажуре, а лампу включить через контакт реле, то можно будет на такой установке проверить работу собранной схемы.

Работа компаратора построена таким образом, что если напряжение на инвертирующем входе (напряжение термодатчика) выше, чем напряжение на входе неинвертирующем (напряжение уставки температуры), на выходе компаратора напряжение близко к напряжению источника питания, в данном случае его можно назвать логической единицей. Поэтому транзисторный ключ VT2 открыт, реле включено, и контакты реле включают нагревательный элемент.

По мере разогрева отопительной системы нагревается и датчик температуры VT1. Напряжение на его эмиттере с ростом температуры понижается, и когда оно станет равно, а точнее чуть меньше, чем напряжение, установленное на движке переменного резистора R7, компаратор переходит в состояние логического нуля, поэтому транзистор запирается и реле отключается.

Нагревательный элемент обесточивается, и радиатор начинает остывать. Транзисторный датчик VT1 также остывает, а напряжение на его эмиттере повышается. Как только это напряжение станет выше, чем установлено резистором R7 компаратор перейдет в состояние высокого уровня, реле включится и процесс повторится снова.

Немного о работе схемы индикации, точнее о назначении ее элементов. Светодиод HL1 красного цвета включается вместе с обмоткой реле Rel1, и указывает на то, что происходит нагрев отопительной системы. В это время транзистор VT2 открыт, и через диод D2 шунтирует светодиод HL2, зеленый свет погашен.

Когда заданная температура будет достигнута, транзистор закроется и отключит реле, а вместе с ним красный светодиод HL1. В то же время закрытый транзистор перестанет шунтировать светодиод HL2, который зажжется. Диод D2 необходим для того, чтобы светодиод HL1, а вместе с ним и реле не могли включиться через светодиод HL2. Светодиоды подойдут любые, поэтому их тип не указан. В качестве диодов D1, D2 вполне подойдут широко распространенные импортные диоды 1N4007 или отечественные КД105Б.

Блок питания терморегулятора

Потребляемая схемой мощность невелика, поэтому в качестве блока питания можно использовать любой сетевой адаптер китайского производства, либо собрать стабилизированный выпрямитель на 12В. Ток потребления схемы не более 200мА, поэтому подойдет любой трансформатор мощностью не более 5Вт и выходным напряжением 15…17В.

Схема блока питания показана на рисунке 3. Диодный мост выполнен также на диодах 1N4007, а стабилизатор напряжения +12В на интегральном стабилизаторе типа 7812. Потребляемая мощность невелика, поэтому устанавливать стабилизатор на радиатор не потребуется.

Рисунок 3. Блок питания терморегулятора.

Конструкция терморегулятора произвольная, большая часть деталей смонтирована на печатной плате, лучше, если там же будет смонтирован и блок питания. Транзисторный датчик присоединяется с помощью экранированного двухжильного кабеля, при этом коллектор транзистора соединяется посредством экрана.

Желательно, чтобы на конце кабеля был трехконтактный разъем, а на плате ответная его часть. Можно также на плате установить малогабаритную клеммную колодку, хотя это менее удобно, нежели разъем. Такое соединение значительно облегчит установку датчика и всего устройства в целом на месте применения.

Готовое устройство следует разместить в пластиковом корпусе, а снаружи установить резистор установки температуры R7 и светодиоды HL1 и HL2. Лучше, если эти детали также будут распаяны на плате, а в корпусе для них сделаны отверстия.

Подсоединение к силовой сети и подключение нагревателя осуществляется через клеммник, который следует укрепить внутри пластмассового корпуса. Для защиты всего устройства в целом подключение следует производить согласно ПУЭ, используя аппаратуру защиты.

Подобных терморегуляторов было изготовлено несколько штук и все они показали приемлемую точность регулирования температуры, а также очень высокую надежность, ведь при такой простоте схемы ломаться собственно говоря нечему.

Борис Аладышкин

 

Читайте самые интересные истории ЭлектроВестей в Telegram и Viber

Что это – диод ГП и каково его назначение?

Очень часто пользователи компьютерной техники забывают, что она, в отличие от акустических устройств, телевизоров и других бытовых приборов, имеет свойство перегреваться и в результате давать сбои в работе и даже может вообще выйти из строя. Обычно такое происходит из-за бытовой пыли, которая забивает охлаждающие радиаторы, тем самым сводя теплоотвод от электронных компонентов к минимуму; из-за испорченных вентиляторов, слабых систем охлаждения, а также в случае, если компьютер находится возле нагревательных приборов. Летом опасность перегрева оргтехники возрастает в несколько раз.

Что собой представляет диод ГП Memio

В первую очередь от перегрева в персональном компьютере страдают центральный и графический процессоры (ГП) видеокарты. Что такое центральный процессор, представляют даже весьма далекие от техники люди, а вот о том, что такое ГП, и почему он так сильно греется, знают далеко не все. Оттого в интернете так часто можно встретить вопрос: “Что такое диод ГП и какая у него должна быть температура?” Давайте разберемся.

Графический процессор – это чип на видеокарте компьютера, который отвечает за графику, то есть отображаемую на мониторе картинку. Нагрузка на этот элемент просто огромная, особенно если на экране происходит быстрая смена изображения, например, просматривается фильм. Наибольшую нагрузку на ГП дают мощные компьютерные игры. Так вот, если ваш компьютер используется как печатная машинка, тогда для видеокарты достаточно и штатного охлаждения, а если вы любитель игр, то стоит позаботиться о дополнительном отводе тепла (установить мощные радиаторы, вентиляторы или даже систему водяного охлаждения).

“А каким образом можно узнать температуру процессора?” – вправе поинтересоваться читатель. Для этого существуют специальные программы, определяющие температуру компонентов компьютера, например, можно установить AIDA64 (или любую другую). Такие утилиты снимают показания с датчиков температуры и отображают результаты на мониторе. Вот мы и приблизились к такому понятию, как диод ГП. Давайте рассмотрим более детально этот элемент.

Диод ГП – это датчик температуры (термодиод) графического процессора, встроенный непосредственно в структуру микросхемы. Обратный ток этого диода зависит от температуры. Также вместо упомянутых элементов могут использоваться и терморезисторы. У них на величину сопротивления влияет температура. Диод ГП, по сути, является защитным элементом видеокарты от перегрева. При достижении критической температуры (примерно 120 ⁰С), произойдет отключение питания, и компьютер выключится. Рабочий режим графического процессора составляет 70-80 ⁰С.

Заключение

Если ваш компьютер часто зависает или периодически начинает очень медленно реагировать на команды, возможно, он страдает от перегрева. Проверьте температуру, которую показывает диод ГП. Возможно, компьютер нуждается в дополнительном охлаждении или чистке. Своевременно оказанная помощь поможет избежать серьезных поломок и, соответственно, сбережет ваши деньги.

Диод

ESD используется в качестве датчика температуры

В: Насколько точно можно оценить температуру перехода высокоскоростного усилителя на основе технических характеристик? Можно ли легко измерить температуру перехода?

A: Много лет назад мы с моим коллегой-разработчиком говорили о классическом методе расчета температуры перехода на основе температуры окружающей среды (T _A ), рассеиваемой мощности (P _D ) и теплового сопротивления θ _JA ). , как показано в уравнении 1.

T _J = T _A + P _D θ _JA (1)

Он рассказал мне об альтернативном методе, позволяющем получить температуру перехода популярного 3-контактного регулятора с помощью встроенного в кристалл защитного диода выходного каскада в качестве датчика температуры. Его компания использовала защитный диод для измерения температуры перехода регулятора во время стандартных испытаний и оценок. Этот метод измерения температуры также можно использовать в высокоскоростном операционном усилителе.

На рисунке 1 диоды D3 и D4 защищают операционный усилитель от повреждений, вызванных электростатическим разрядом (ESD). Диоды D1 и D2 защищают входную дифференциальную пару высокоскоростного ОУ от разрушительного воздействия пробоя обратного напряжения. В качестве датчиков температуры обычно используются специальные диоды и PN-переходы, но для измерения температуры также могут использоваться диоды защиты от электростатических разрядов и защиты входа.

Рисунок 1. Диоды защиты от электростатического разряда и защиты входа

Принцип использования диода в качестве датчика температуры прост.При подаче постоянного тока напряжение на диоде или PN-переходе будет уменьшаться примерно на 1-2 мВ / ° C по сравнению с температурой. Изменение напряжения в зависимости от температуры можно использовать со справочной таблицей или уравнением для расчета температуры для любого заданного напряжения диода; в этом случае можно определить температуру кристалла высокоскоростного операционного усилителя.

Напряжение на диоде в зависимости от температуры можно охарактеризовать, поместив усилитель в температурную камеру с постоянным током, подаваемым на переход диода ESD (0.5 мА было выбрано, чтобы избежать эффекта самонагрева на диодном переходе), как показано на рисунке 2. Установите температуру на 25 ° C, «замочите» деталь на несколько минут и запишите напряжение на диоде. Повторить при –40 ° C и + 85 ° C. Взяв три точки, можно определить наклон.

Рис. 2. Блок-схема тепловой калибровки ESD-диода

. Выражение для зависимости напряжения диода от температуры получается с помощью формы углового коэффициента уравнения 2. Затем можно легко вычислить температуру для любого напряжения диода.

y – y ₁ = m ( x – x ₁ ) (2)

При использовании описанной выше процедуры для оценки диодов ESD на универсальном усилителе Rail-to-Rail AD8063 с полосой пропускания 300 МГц был получен наклон –1,2 мВ / ° C. Подставляя в уравнение 2, получаем:

y = –0,0012 x В / ° C + 0,887 В (3)

Решение для x позволяет рассчитать температуру кристалла по показаниям напряжения:

x = –833.3 y ° C / V + 739,2 ° C (4)

Затем AD8063 был настроен на рассеивание 1/4 ватта; это рассеяние обеспечивает достаточный перепад напряжения для точного измерения изменения напряжения на диоде. AD8063, работающий от источников питания +5 В и –3 В, был сконфигурирован для управления нагрузкой 20 Ом, как показано на рисунке 3. Ток покоя усилителя составляет 5,5 мА, поэтому он рассеивает 44 мВт без нагрузки. На вход подавался сигнал постоянного тока 1 В, создавая на выходе ток нагрузки 50 мА. Падение на выходном транзисторе составляет 4 В.При нагрузке 50 мА усилитель рассеивает еще 200 мВт, всего 244 мВт. AD8063 позволили нагреться пару минут. Схема была переключена обратно в конфигурацию, показанную на рисунке 2, и было снято напряжение на диоде. Среднее напряжение составляло 817 мВ, что соответствует температуре перехода 58,4 ° C.

Рис. 3. Установка для измерения рассеиваемой мощности 250 мВт

Для проверки результатов была использована инфракрасная камера для измерения температуры корпуса. По словам наших инженеров по упаковке, температура перехода примерно на 1–2 ° C выше, чем температура корпуса.ИК-измерение показало, что температура корпуса составила 58,7 ° C (см. Рисунок 4). Учет теплового воздействия пластиковой упаковки дает температуру перехода примерно 60 ° C. Таким образом, измерения напряжения на диоде и ИК-излучения обеспечили хорошую корреляцию.

Расчет температуры перехода по уравнению 1 и θ _JA , равный 230 ° C / Вт (из таблицы данных AD8063), привел к температуре перехода 83,7 ° C, разнице в 43%! Рабочее уравнение 1 в обратном направлении дает фактическое значение θ _JA приблизительно 130 ° C / Вт.Θ _JA , представленный в этом техническом описании, очень консервативен, обеспечивая прочную и надежную конструкцию. Для получения более реалистичных температур перехода, метод измерения диодов ESD оказался разумным методом получения точной температуры кристалла.

В одной из следующих статей этой серии будет показано, как датчик температуры системы ADM1021A использует входные защитные диоды для прямого измерения температуры перехода усилителя.

Рисунок 4. ИК-фотография AD8063

Автор хотел бы поблагодарить Глена Виганда и Джерри Маккарти за их помощь в сборе тестовых данных.

Простой диод датчика температуры 1N4148

Что такое диод датчика температуры ? Это обычный кремниевый диод. Я покажу, как это работает. Когда диод смещен в прямом направлении, сопротивление диода изменяется в зависимости от температуры и .

Обычно мы видели такое оборудование, термистор. Это тип резистора, который прост в использовании. Но мы не видим этого при нормальном использовании.

Фактически, мы можем использовать все полупроводниковые приборы в качестве датчика температуры.

Диод датчика температуры 1N4148

Внутри полупроводников имеются сопротивления. Его сопротивление уменьшится, когда он станет горячим.
Наоборот, когда холодно, сопротивление возрастает.

Мы можем использовать много полупроводников, транзистор , , IC, SCR, и другие. Но в этой схеме используются диоды D1-1N4148. Потому что он прост в использовании, дешев, всегда доступен в магазине.

Как это работает

Фактически, когда диод в прямом смещении.Он имеет напряжение от 400 мВ до 500 мВ при токе около 1 мА. Этот уровень напряжения зависит от тока и вещества, используемого для создания этих диодов.

В кремниевом диоде напряжение на нем будет уменьшаться примерно на 2 мВ при каждой температуре на один градус Цельсия.

Мы так можем пользоваться. Также можно использовать транзистор, диодный мост и многое другое. Они также являются кремниевыми полупроводниками.

На схеме выше – простой диод датчика температуры D1.

Во-первых, установите источник питания постоянного напряжения.Для этого подойдет двойной стабилизатор постоянного тока + 15В / -15В .

Во-вторых, на D1 через R1 приходит постоянный ток. При изменении температуры D1 изменяется и напряжение на нем.

Но это изменение делает изменения напряжения очень низкими. На обычном вольтметре это не измерить. Нам нужна помощь компаратора.

В-третьих, используйте микросхему компаратора операционного усилителя, LM741 . Устанавливаем на инвертирующий компрессор режим .

Зачем нужен этот режим?

Так как нам нужно измерять выходное напряжение и температуру, происходит одинаково.

Например, температура 20 градусов Цельсия, выходное напряжение составляет 2,00 В.

Но температура поднимается до 30 градусов Цельсия, выходное напряжение должно подняться и до 3,00В тоже.

Таким образом, мы используем этот режим.

Когда Vin (вывод 2) превышает Vref (вывод3), выход переключается с высокого на низкий.

Не беспокойтесь, если вы этого не понимаете. Вам не нужно знать об этом все. Достаточно просто использовать.

В-четвертых, нам нужно использовать VR1 и VR2 для регулировки правого края этого диода датчика температуры.

Наконец, при настройке следует использовать цифровой термометр для сравнения реальной температуры. Цифровой вольтметр может быть у вас.

Важность, берешь кусок льда, горячую воду. но диод не может касаться воды.

Эта схема не точна на 100%. Это просто полезно для обучения в научных экспериментах.

Удачи!

Не только это. Посмотрите другие идеи!

Использование одного источника питания для операционного усилителя

Примечание: Используйте его с одним источником питания, у нас есть 2 способа сделать:

Первый: соединить контакт 4 (отрицательный источник питания на землю)

Посмотрите ниже.

Операционный усилитель также будет работать от одного источника питания:

Узнайте, как использовать операционный усилитель 741

Второй: используйте схему разветвителя источника питания с операционным усилителем

Вы можете использовать от 12 В до +6 В. -6 В и заземление для микросхемы ОУ.

Дифференциальный регулятор температуры

Если вам нужно управлять двумя объектами при одинаковой температуре. Вам следует взглянуть на принципиальную схему простого дифференциального регулятора температуры. Он включит релейный переключатель, когда оба датчика температуры и различаются.

Некоторые люди называют это реле температуры баланса. Вы можете использовать его по своему усмотрению.

Зачем вам его строить?

• В ней используется несколько компонентов
• Это старая схема, в которой используются детали общего назначения, которые легко купить.
• С его помощью вы можете изучить основы электроники.

Как это работает

В схеме мы используем основные компоненты, 741 операционный усилитель , кремниевый диод и реле.

Также я использую датчик температуры Diode, 1N4148 .Вы можете сначала прочитать это.

Затем вернитесь, чтобы снова увидеть схему.

• D1 и D2 – оба диода являются датчиком температуры.
• IC1-741 – схема компаратора. Коэффициент усиления IC1 очень высокий в режиме разомкнутого контура.
• Q1 – управляющий транзистор для управления реле.
• RY1 – включение-выключение нагрузок.

Схема дифференциального регулятора температуры

Во-первых, диодный датчик получает ток прямого смещения.Затем через VR1, R1, R2, R3 протекает ток.

Мы регулируем VR1, чтобы установить ток, протекает через оба диода, чтобы иметь одинаковую температуру.

Когда оба диода имеют разную температуру. Напряжения на них тоже разные.

Это другое напряжение будет поступать на вход компаратора напряжения IC1.

Во-вторых, если напряжение на обоих входах (контакты 2, 3) немного отличается. Затем на выводе 6 выходит высокое напряжение.

В-третьих, база Q1 имеет ток смещения, он работает, чтобы включить небольшое реле.

Фактически, если D1 горячее D2, реле включится.

Последнее, контакт реле замкнут, ток может течь. Для включения других внешних устройств, таких как соленоид, катушки, лампы и многое другое.

Настройка схемы

Эта схема запрашивает источник постоянного напряжения 12 В.

В процессе настройки. Мы должны разместить два диода с одинаковой температурой.

Затем отрегулируйте VR1, чтобы замкнуть точки симметричной цепи.К ОУ не работает.

Если оба диода имеют разную температуру. Реле включается.

Далее проверяем, приложим ли пальцы или другие нагретые предметы к диоду D1. Падение напряжения на D1 и контакте 2 низкое. Это делает напряжение на выводе 3 выше. Реле будет работать.

Если хотите реально использовать. Прочтите…

Диодный датчик D1 является основным. Если он горячее, чем D2. Напряжение на нем ниже D2. Выходное напряжение IC1 НИЗКОЕ.

Итак, база Q1 низкая, она есть. Потому что это PNP типа . Таким образом, он также приводит в действие реле.

Но опыт, мы не можем поддерживать температуру в помещении. Это просто делает температуру катушек очень похожей.

Какая заданная температура может увеличиваться неограниченно. Тепло может выделяться до максимальной температуры змеевика.

А также большинство электронных компонентов, использующих более высокую температуру, сокращают срок службы.

Отобранные вручную статьи по теме, которые вы, возможно, захотите прочитать:

Эта схема требует достаточного источника питания.У тебя есть это? Если у вас его нет. Посмотрите: Много схем источника питания

Как использовать диоды, транзисторы, ИС в качестве датчиков температуры

Обычно термисторы используются в качестве датчиков для определения и контроля температуры в электронных схемах. Однако обычные полупроводниковые компоненты, такие как транзисторы и диоды, на самом деле работают лучше, чем терммиторы, когда дело доходит до обнаружения изменений температуры.

Фактически, эта особенность является одним из самых больших недостатков полупроводниковых устройств, рабочие характеристики которых сильно страдают при повышении температуры их тела.

Повышение температуры вызывает пропорциональное уменьшение характеристики прямого напряжения любого полупроводника, и этот атрибут используется всякий раз, когда полупроводниковая часть настроена для измерения температуры.

Они также становятся идеальной альтернативой для измерения изменений температуры, и лучший аспект полупроводниковых датчиков заключается в том, что реакция на изменения температуры довольно линейна, что невозможно в термисторах.

Это явление возникает из-за того, что поток напряжения и тока через переход pn в BJT или диоде сильно зависит от окружающей температуры.Мы можем легко доказать это с помощью обычного кремниевого диода, скажем, используя любой из диодов серии 1N400X или просто диод 1N4148.

Использование диода 1N4148 в качестве датчика температуры

Подключите выводы омметра к анодному и катодному контактам диода так, чтобы диод был смещен в прямом направлении. То есть прикрепите красный щуп измерителя к аноду диода, а черный стержень к катоду.

Чтобы быть более точным, правильное соединение будет таким, которое показывает минимальное сопротивление в диапазонах x1, x10 или x100 омметра.Проверьте показания измерителя, затем используйте тепло (тепла от вашего пальца может быть достаточно, зажмите диод между пальцами и удерживайте его в течение нескольких секунд), и вы можете обнаружить, что сопротивление медленно меняется на шкале омметра!

Однако, несмотря на то, что диоды обычно могут применяться в качестве датчиков или преобразователей температуры, они, как правило, не являются идеальной альтернативой.

Обычно стандартный биполярный транзистор или BJT может легко работать как очень эффективный датчик температуры, особенно если он сконфигурирован как диод.Это означает, что когда его коллектор и база соединены вместе, чтобы работать как один конец «диода»; при этом эмиттер транзистора похож на другой конец.

V _BE BJT или напряжение база-эмиттер в этой ситуации будет критически зависеть от тока коллектора устройства, а также от температуры окружающей среды или его корпуса. Следовательно, BJT можно было бы использовать для создания невероятно линейных датчиков температуры, которые могут эффективно работать в диапазоне от -55 ° C до + 125 ° C.

Транзисторные преобразователи температуры

Практически все типы транзисторов могут использоваться для получения приблизительных измерений температуры из-за зависимости транзистора между напряжением база-эмиттер и температурой, при условии, что ток, протекающий через его коллектор, является постоянным.

Однако некоторые BJT, как правило, работают как идеальные преобразователи температуры по сравнению с другими. Очевидно, транзисторы, которые поставляются в корпусах типа металлических банок (ТО-5, и особенно маленькие типы ТО-18), обеспечивают улучшенный отклик по сравнению с другими вариантами, имеющими эпоксидный или пластиковый корпус.

Кроме того, ряд BJT демонстрирует повышенную линейность на кривой V _BE v I _c по сравнению с другими. На рисунке 4 показан базовый преобразователь температуры на биполярных транзисторах NPN.

Использование MAT01 в качестве датчика температуры

В этой конкретной конструкции используется сдвоенный транзистор (пара согласованных кремниевых транзисторов NPN, заключенных в один корпус), например, MAT01. На эмиттеры подается постоянный ток 1 мА и 2 мА (убедитесь, что используются разные токи эмиттера для Q1 и Q2) и выходное напряжение примерно 59 мкВ / ° K.

Дифференциальный операционный усилитель необходим для увеличения выходного напряжения до некоторого значимого значения. Рекомендуется откалибровать диапазон напряжения до 10 мВ / ° K, чтобы можно было использовать обычный вольтметр.

Чтобы выполнить это с этим датчиком BJT, дифференциальный операционный усилитель должен иметь коэффициент усиления более 167. Когда выходное напряжение достигает 10 мВ / ° K, для тестирования эквивалента можно использовать практически любые 3 _1/2 -разрядного цифрового вольтметра. температура на транзисторе.

Использование 2N2222 в качестве датчика температуры

Схема точного датчика температуры, показанная на рисунке ниже, работает с конфигурацией инвертирующего повторителя обычного операционного усилителя вместе с одним стандартным BJT, таким как 2N2222 в металлическом корпусе.

Транзистор используется как зонд датчика температуры, который должен иметь соответствующий корпус, например старинную ручку зонда вольтметра, небольшой отрезок металлической трубки и т. Д.

В случае реализации концепции для определения температуры в существующем устройстве, оно может быть полностью размещено внутри устройства и может не потребовать отдельного корпуса.Тем не менее, независимо от того, как он расположен, очень важен хороший тепловой контакт с измеряемой температурой.

Для этого приложения используются два источника опорного напряжения постоянного тока +/- 6,2 вольт. Диод D1 обеспечивает опорное напряжение +6,2 В, а диод D2 – опорное напряжение -6,2 В. Питание +6,2 подключено к распиновке коллектор / база датчика температуры BJT (Q1). Это означает, что ток эмиттера Q1 будет линейно возрастающим и чувствительным только к температурным изменениям, поскольку напряжение коллектора для Q1 поддерживается постоянным.

Этот ток повышается операционным усилителем IC1 до уровня, пропорционального выходному потенциалу 100 мВ / ° K. Переменный резистор R1 можно отрегулировать в процессе калибровки, чтобы обеспечить соответствующий уровень масштабирования. Опять же, любой обычный 31/2-разрядный цифровой мультиметр может хорошо работать для считывания температуры, хотя дисплей будет в градусах Кельвина.

Если вы хотите изменить измерение на градусы Цельсия, вы должны знать, что шкалы Кельвина и Цельсия идентичны, но смещены на 273 градуса (0 ° C = 273 ° K).Чтобы увидеть показания температуры в градусах Цельсия, потребуется перенастройка смещения.

Потенциометр R3 переключает диапазон температур стандартной конструкции от Кельвина до Цельсия путем суммирования противотока от источника -6,2 В, используя ток от BJT.

Потенциометр настроен так, чтобы генерировать нулевой выходной сигнал от усилителя IC1 при температуре образца на транзисторе, установленной точно на 0 ° C.

Калибровка

После того, как схема построена, ее необходимо откалибровать.Начните с установки предустановок R1 и R3 примерно по центру их отдельных циферблатов. Включите цепь и подождите примерно 5-10 минут, чтобы цепь стабилизировалась при комнатной температуре. А пока приготовьте чашу с тающим льдом или «ванну со льдом». Температура льда в воде 0 ° C; (температура, при которой лед начинает превращаться в воду).

Используйте обычный стеклянный термометр для проверки температуры тающего льда 0 ° C (32 ° F). Как только цепь стабилизируется и ванна с тающим льдом настроена, погрузите транзистор 2N2222 в ванну и подождите около 30 секунд.Когда вы видите, что выходное напряжение операционного усилителя больше не меняется, настройте потенциометр R3 так, чтобы на измерителе было ровно 0,00 вольт.

Оставьте датчик 2N2222 в ванне еще на пару минут, пока вы контролируете температуру ванны с помощью стеклянного термометра, чтобы убедиться, что температура ванны соответствует показаниям счетчика контура. Как только вы обнаружите, что выходное напряжение достаточно стабильно (небольшое отклонение допустимо), выньте транзистор 2N2222 и стеклянный термометр и верните их к комнатной температуре.

Как только два устройства снова стабилизируются до комнатной температуры (это можно проверить по показаниям на стеклянном ртутном термометре и дополнительным постоянным показаниям на показаниях выходного измерителя схемы), могут быть выполнены заключительные этапы процедуры калибровки. завершенный. Измените потенциометр R3 так, чтобы показания счетчика, подключенного к выходу операционного усилителя, совпадали с показаниями на стеклянном ртутном термометре (цифры справа от десятичной точки на измерителе можно игнорировать).

Как только это будет выполнено, выход 0 В на операционном усилителе будет соответствовать 0 ° C, выход 3 В постоянного тока будет соответствовать 30 ° C и так далее. Это происходит, очевидно, из-за учета масштабирования 100 мВ / ° C. Альтернативой калибровки может быть использование теплой водяной бани. Создайте теплую водяную баню, объединив горячую и холодную воду, и выполните описанные выше процедуры калибровки контура при комнатной температуре.

Совместное использование транзистора и диода

В этой конструкции индикатора температуры используются транзистор и диод вместе во взаимно дополняющем режиме.

Диод поддерживается при температуре окружающей среды, и результирующее падение напряжения на нем используется в качестве опорного уровня. Определение температуры выполняется транзистором, расположенным рядом с источником тепла, который необходимо обнаружить.

Таким образом, транзистор T1 действует как датчик фактической температуры по отношению к температуре окружающей среды, определяемой диодом. Это осуществляется путем сравнения напряжения база / эмиттер BJT с опорным уровнем от соединения D1 и R1 через предварительно установленный P1.

Транзистор будет оставаться выключенным до тех пор, пока температура вокруг него остается ниже определенного уровня, который может быть соответствующим образом установлен с помощью P1.

Напряжение эмиттера базы T1 начинает падать примерно на 2 мВ в ответ на повышение температуры на каждый градус Цельсия вокруг BJT.

Когда напряжение на базе эмиттера транзистора становится ниже, чем уровень напряжения на дворнике P1, транзистор начинает проводить, на что указывает постепенно увеличивающийся свет светодиода D2.

Значения резисторов R1 и R2 зависят от напряжения питания Ub и могут быть определены с помощью следующих простых уравнений:

R ₁ = (U _b – 0,6 / 5) (результат будет в кило Ом)

R ₂ = (U _b – 1,5) / 15 (результат будет в килоомах)

Для максимально возможной функциональности конструкции крайне важно убедиться, что эталонный диод расположен на открытом воздухе при комнатной температуре и ни в коем случае не должен находиться рядом с T1 или источником тепла, который контролируется T1.

Следует иметь в виду, что несмотря ни на что, абсолютная максимальная температура транзистора T1 не должна превышать 125 ° C, если вы хотите поддерживать T1 в надлежащем рабочем состоянии.

Использование микросхемы AD590 в качестве датчика температуры

Существуют различные прецизионные интегральные схемы или ИС, специально разработанные в качестве датчиков температуры, такие как AD590, LM35 и т. Д.

ИС AD590 – это просто двухконтактная ИС, которую можно приобрести очень дешево. в корпусе ТО-18, а также в уникальном плоском 2-контактном корпусе.Устройство работает как термочувствительный источник тока и рассчитано на считывание температуры с точностью примерно 1 мкА / ° K.

Когда ток проходит через микросхему AD590 через последовательно подключенный резистор номиналом 1 кОм, вызывает изменение напряжения на резисторе на 1 мВ / ° K (согласно закону Ома) в ответ на соответствующее изменение температуры на устройстве AD590.

Возможно, можно использовать датчик температуры AD590 по-разному. Один из основных методов показан ниже, путем подключения последовательного резистора приблизительно 100 Ом.Эта конструкция известна как однотемпературная или одноточечная схема. Горшок R2 можно настроить так, чтобы выходное напряжение совпадало точно в соответствии со стандартным ртутным термометром при определенной температуре.

Незначительный нелинейный отклик в устройстве, который является обычным для всех полупроводниковых устройств, может привести к небольшой ошибке на диапазонах, очень удаленных от калиброванной шкалы.

Другой способ – подключить AD590 напрямую между стабилизированным источником опорного напряжения +5 В и инвертирующим входом операционного усилителя.

Диапазон измерения датчика можно настроить с помощью резистора обратной связи (RF) по формуле:

В _o = (I µA / ° K) (R _F ) (T).

Мы могли бы аналогичным образом использовать AD590 со схемой двойной подстройки, использующей операционный усилитель, как описано выше.

Ток смещения суммируется с током IC на инвертирующем входе операционного усилителя. Можно подключить пару потенциометров, один для управления смещением, а другой для регулировки усиления, так что схема может быть настроена с использованием двух разных температур, что минимизирует ошибку.

Использование LM35

LM35 – еще один универсальный и точный датчик температуры, предназначенный для создания выходного напряжения, которое может быть прямо пропорционально температуре в градусах Цельсия. Это означает, что при температуре 0 ° C выходное напряжение будет 0 В.

Выходное напряжение повышается на 10 мВ на каждый градус Цельсия. Это означает, что если температура LM35 составляет 19,8 ° C, он обеспечивает выходное напряжение 0,198 В.

Это определенно значительное преимущество перед другими датчиками температуры, которые предназначены для генерации выходного сигнала в кельвинах.Для этих датчиков для измерения температуры в градусах Цельсия требуется невероятно стабильное опорное напряжение, которое необходимо вычесть из показаний.

Еще один плюс LM35 – это удивительно низкое потребление тока, не более 60 мкА. Это обеспечивает увеличенный срок службы батареи и небольшое рассеяние мощности микросхемы, что гарантирует, что ошибки, связанные с внутренним нагревом, будут незначительными при температуре около 0,1 ° C при напряжении батареи 4 В.

Как подключить

Вы можете настроить датчик LM35 напрямую с аналогового или цифрового мультиметра или, что более странно, на персональный компьютер, который впоследствии может обрабатывать и сохранять измеренные данные о температуре.Подходящее программное обеспечение для этой функции можно найти в Интернете. Надежность LM35 / LM35C обычно составляет 0,4 ° C при 25 ° C. Чтобы внутреннее рассеивание оставалось небольшим, нагрузка должна быть не ниже 5 кОм.

Если между датчиком и измерителем используется удлиненный экранированный кабель, необходимо подключить RC-схему (последовательный резистор 10 Ом с I мкФ) между выходом LM35 и землей для защиты от любого вида наведенных колебаний.

BJT и диодные датчики температуры – Быстрый ход

Когда дело доходит до повседневного измерения температуры, термистор является наиболее простым и недорогим компонентом для удобного получения данных о температуре.Это нормально, но в этой статье я объясню, как использовать обычные биполярные переходные транзисторы и малосигнальные диоды в качестве точных мониторов / датчиков температуры. Поскольку это настоящие аналоговые компоненты, вам не нужно писать длинные коды и / или вызывать специальные сторонние библиотеки, даже если вы используете их в своих относительно сложных проектах микроконтроллеров!

Диод датчика температуры – вперед

Стоит еще раз отметить, что диод может использоваться в качестве датчика температуры, и большинство датчиков температуры на основе диодов используют изменение прямого напряжения.Это связано с тем, что зависимость является довольно линейной: падение напряжения на 2 мВ меньше на каждый градус повышения температуры (-2 мВ / ° C).

Вы знаете, что типичное прямое падение напряжения (V _F ) обычного кремниевого диода составляет 700 мВ или около того. Это нормально, но помните, что это падение напряжения зависит от тока, протекающего через диод (I _F ), и температуры, окружающей диод. Итак, если вы сохраняете постоянный ток и считываете прямое напряжение, да, у вас есть довольно простой диод датчика температуры! Звучит здорово, правда?

Я использовал малосигнальный кремниевый диод 1N4148 (https: // www.vishay.com/docs/81857/1n4148.pdf) в качестве датчика температуры в нескольких проектах электроники для хобби. Мой выбор сделан намеренно, так как корпусный диод DO-35 имеет корпус из неплавкого стекла, который подходит для моих «горячих» применений. Ниже вы можете увидеть простейшую идею датчика температуры 1N4148.

Одного резистора здесь достаточно, потому что прямое падение напряжения на диоде не сильно меняется и, следовательно, ток через резистор достаточно постоянный. В любом случае, вы можете выбрать источник постоянного тока для управления диодом – смотрите ниже.

Примечание: Для кремниевого диода барьерное напряжение для протекания тока выше точки 700 мВ и выше точки 300 мВ для германиевого диода. Кроме того, «объемное сопротивление» диода – это приблизительное сопротивление на выводах диода, когда к нему приложены прямое напряжение и ток. Это сопротивление является динамическим, то есть оно изменяется в зависимости от величины прямого напряжения и тока, проходящего через диод в любой конкретный момент времени.

Диод датчика температуры – задний

Также следует учесть, что обратный ток диода можно использовать даже как датчик температуры. См. Https://www.digikey.com/eewiki/display/Motley/Diodes#Diodes-LeakageLeakage

Я также измерил обратный ток диода 1N4148, используя схему, показанную ниже. И я обнаружил, что ток обратной утечки довольно мал – всего около 3 наноампер (нА). И температура, и напряжение влияют на обратный ток диода, поэтому я использовал устойчивый источник питания 5 В постоянного тока при снятии показаний цифрового вольтметра.

Датчик температуры BJT

Переход база-эмиттер BJT имеет очень предсказуемую передаточную функцию, которая зависит от температуры. Итак, чтобы измерить температуру корпуса устройства или платы, мы можем использовать дискретный транзистор NPN (или PNP), как показано на следующем рисунке.

Как обсуждалось ранее, одним из интересных свойств кремниевого диода является то, что он имеет температурный коэффициент около -2 мВ / ° C, то есть напряжение падает на -2 мВ на каждый ° C, на который он нагревается, и это довольно линейно от 0 до 100 ° C.Поскольку переход база-эмиттер любого транзистора также является диодом, дискретные транзисторы легко использовать в качестве надежных датчиков температуры.

Здесь стоит отметить, что практически любой кремниевый диод / биполярный переходной транзистор можно использовать в качестве датчика температуры, и в большинстве случаев любой прецизионный операционный усилитель можно использовать для согласования сигнала датчика (скорость обычно не соответствует большая проблема). Но Motorola MTS102 – это кремниевый датчик температуры, специально разработанный и оптимизированный для этого конкретного приложения (https: // datasheetspdf.com / pdf-file / 521287 / Motorola / MTS102 / 1).

Практический / экспериментальный дизайн

Температура – это величина, которую необходимо довольно часто контролировать в электронных схемах, особенно когда мы работаем с силовой электроникой, которая рассеивает много тепла. Экстремальные температуры могут быть очень разрушительными, но с эффективным управлением температурой (часто путем отключения контура или принудительной вентиляции) мы можем предотвратить повреждение системы, предотвращая в конечном итоге дорогостоящие катастрофы.

Что ж, теперь вы можете увидеть небольшую схему датчика температуры на основе BJT, которая спроектирована так, чтобы быть максимально простой, с обычными и дешевыми компонентами, но в то же время быть максимально гибкой и полезной. На следующей схеме (v1) показан практический / экспериментальный дизайн, состоящий из старого доброго BJT (BC107B) и дешевой интегральной схемы дифференциального компаратора (LM393N).

Таким образом, несмотря на то, что продемонстрированное здесь решение имеет несколько ограничений, удивительно просто использовать диоды и транзисторы в качестве дешевых и надежных аналоговых датчиков температуры и использовать их в повседневных проектах электроники для хобби.Я использовал множество различных конфигураций связанных контуров в качестве датчиков грубой температуры. Однако я почти уверен, что многие другие могут знать об этом намного больше, чем я. Итак, наслаждайтесь поиском в Google, чтобы найти знания и работу, которые они вкладывают в свои удивительные проекты, и многое другое!

Постскриптум

Я просто хочу показать вам мою небольшую коллекцию «датчиков температуры со стеклянными диодами», обычно используемых в индукционных варочных панелях и рисоварках. Здесь можно легко пожать плечами и по умолчанию предположить, что это дешевый диод датчика температуры.Но на самом деле это термистор с отрицательным температурным коэффициентом 100K (термистор 100K NTC)

(PDF) Датчики температуры на кремниевых диодах

[20] Н.С. Болтовец, В. Холевчук, Р. Конакова, В.Ф. Митин, Э.Ф. Венгер, Сопротивление пленки Ge и диодные микродатчики температуры на основе Si-

для криогенных приложений, Датчики и исполнительные механизмы A: Physical,

92 (2001) 191-6.

[21] Ю.М. Шварц, В. Борблик, Н. Кулиш, В. Соколов, М.М. Шварц, Е.Ф. Венгер, Датчик температуры Silicon diode

без изгиба кривой отклика в криогенной области температур, Датчики и приводы

A: Physical, 76 (1999) 107-11.

[22] С. Маенг, П. Гуха, Ф. Удреа, С.З. Али, С. Саритра, Дж. Гарднер и др., Система интеллектуального газового датчика

на основе SOI CMOS для повсеместных сенсорных сетей, ETRI Journal, 30 (2008) 516-25.

[23] П.К. Гуха, С.З. Али, C.C.C. Ли, Ф. Удреа, В.И. Милн, Т. Иваки и др., Новый дизайн и характеристика

микроконфорок SOI CMOS для высокотемпературных газовых сенсоров, датчиков и исполнительных механизмов B: Chemical,

127 (2007) 260-6.

[24] M.A. Huque, L.M. Tolbert, B.J. Blalock, S.K. Ислам, Высокотемпературный высоковольтный драйвер затвора SOI

IC с высоким выходным током и встроенным маломощным датчиком температуры, IMAPS International

Симпозиум по микроэлектронике, 2009, стр. 220-7.

[25] М. Кимура, Ф. Сакураи, Х.Охта, Т. Терада, Предложение нового структурного теплового датчика вакуума с диодом-термистором

, совмещенным с нагревателем с воздушным мостом, Microelectronics Journal, 38 (2007) 171-6.

[26] Дж. Гамлет, К. Энг, Т. Гурриери, Дж. Леви, М. Кэрролл, Моделирование схем с сильно температурной

зависимой теплопроводностью для криогенных КМОП, Microelectronics Journal, 42 (2010) 936-41 .

 -

Термодиоды

в технологии КНИ КМОП, Microelectronics Journal, 41 (2010) 540-6.

[28] F. Udrea, J.W. Гарднер, КМОП газовые сенсоры SOI, Труды первой международной конференции IEEE

по сенсорам, Орландо, Флорида, IEEE Sensors 2002, стр. 1379-84.

[29] М. Кимура, К. Кикучи, Термисторный датчик температуры на pn-диоде и новый метод измерения

абсолютной влажности с использованием этих датчиков температуры в сочетании с микронагревателем, Труды

Второй международной конференции IEEE по датчикам , Торонто, Онтарио, IEEE Sensors 2003, стр.636-41.

[30] М. Кимура, К. Тошима, Термисторный датчик температуры pn перехода с переменной чувствительностью и

его комбинация с нагревателем микромоста, Датчики и исполнительные механизмы A: Physical, 108 (2003) 239 -43.

[31] А.А. Мохаммед, В.А. Мусса, Э. Лу, Высокочувствительный датчик деформации MEMS: проектирование и моделирование,

Сенсоры

, 8 (2008) 2642-61.

[32] О. Слэттери, Д. О’Махони, Э. Шихан, Ф. Уолдрон, Источники изменения пьезорезистивного напряжения

Измерения датчиков

, IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies, 27 (2004) 81-6.

[33] М.К. Рахим, Дж.К. Сухлинг, Д.С. Коупленд, М.С. Ислам, Р. Джегер, П. Лалл и др., Измерение

термических напряжений в штампе в перевернутом кристалле на сборках из ламината, Девятая международная конференция по

Тепловые и термомеханические явления в электронных системах, ITHERM 2004, стр. 219-30 Vol. 2.

[34] J.C. Suhling, R.C. Джегер, Кремниевые пьезорезистивные датчики напряжения и их применение в электронной упаковке

, IEEE Sensors Journal, 1 (2001) 14-30.

[35] З. Ван, К. Тянь, Ю. Чжоу, Л. Пан, К. Ху, Л. Лю, Высокотемпературный датчик напряжения кремний-на-изоляторе,

Журнал микромеханики и микротехники, 18 (2008) 45018-28.

[36] A.S. Фиорилло, Пьезорезистивный тактильный датчик, IEEE Transactions on Instrumentation и

Measurement, 46 (1997) 15-7.

[37] К. Петерсен, Ф. Пурахмади, Дж. Браун, П. Парсонс, М. Скиннер, Дж. Тюдор, Датчик давления в резонансном пучке

Датчик

, изготовленный с использованием сплавления кремния, Международная конференция по твердотельным датчикам и

Приводы, 1991, Сборник технических документов, ДАТЧИКИ ’91, стр.664-7.

[38] C.J. Yeager, S.S. Courts, Обзор криогенной термометрии и обычных датчиков температуры, IEEE

Sensors Journal, 1 (2001) 352-60.

[39] M. Bose, S.B. Ота, Исследование прямых характеристик диода криогенного датчика температуры, Обзор

журнала Scientific Instruments, 67 (1996) 4176-8.

Кремниевые диоды DT-670

Кремниевые диоды серии

DT-670 обеспечивают лучшую точность в более широком диапазоне температур, чем любые ранее представленные кремниевые диоды.В соответствии со стандартной кривой зависимости напряжения от температуры Curve DT-670, датчики серии DT-670 являются взаимозаменяемыми, и для многих приложений не требуют индивидуальной калибровки. Датчики DT-670 в пакете SD доступны в четырех диапазонах допусков – три для обычных криогенных работ в диапазоне температур от 1,4 K до 500 K и один, который обеспечивает превосходную точность для приложений от 30 K до комнатной температуры. Также поставляются датчики DT-670. в седьмом диапазоне допуска, B и E, которые доступны только в виде голых штампов.Для приложений, требующих большей точности, доступны диоды DT-670-SD с калибровкой во всем диапазоне температур от 1,4 K до 500 K.

Датчик без матрицы, DT-670E-BR, обеспечивает наименьший физический размер и самое быстрое время теплового отклика среди всех кремниевых диодов, представленных сегодня на рынке. Это важное преимущество для приложений, где критичны размер и время теплового отклика, в том числе решетки в фокальной плоскости и высокотемпературные сверхпроводящие фильтры для сотовой связи.

Миниатюрный кремниевый диод DT-621-HR

Миниатюрный кремниевый диодный датчик температуры DT-621 предназначен для установки на плоских поверхностях. Пакет сенсоров DT-621 демонстрирует точный, монотонный температурный отклик во всем своем полезном диапазоне. Чип сенсора находится в прямом контакте с эпоксидной смолой. купол, который вызывает повышение напряжения ниже 20 К и препятствует полнодиапазонному соответствию кривой DT-670. Для использования ниже 20 K требуется калибровка.

	DT-SD, CU / CU-HT, DI, BO, LR, CY, MT, ET, CO, DT-BR, DT-621-HR, DT-614-UN, датчики температуры
Пакет SD на берегу озера – самый прочный и универсальный корпус в отрасли Корпус SD с прямым креплением датчика к сапфировому основанию, герметичным уплотнением и паяными выводами Ковара обеспечивает самые надежные и универсальные датчики в отрасли с лучшим соединением образца с кристаллом.Разработанный таким образом, чтобы тепло, идущее по выводам, не проходило через чип, он может выдержать несколько тысяч часов при 500 K (в зависимости от модели) и совместим с большинством приложений со сверхвысоким вакуумом. Его можно припаять к образцам индием без изменения калибровки сенсора. При желании SD-пакет также доступен без поводков Kovar.

Кремниевые диодные датчики температуры – обзор приложений

Мохташим Мансур получил свой B.Англ. получил степень НИТУ (Национальный университет науки и технологий), Пакистан, в 2004 году. Он получил степень магистра наук. получил степень в Авиационном университете, Исламабад, Пакистан, в 2011 году, и в настоящее время он является доктором философии. Студент воздушного университета. Сфера научных интересов: датчики потока CMOS MEMS, датчики давления и датчики температуры. Он является автором / соавтором трех статей для журналов / конференций.

Ибрагим Ханиф получил степень бакалавра английского языка. Получил степень в Университете NED, Карачи, Пакистан, в 1991 году. После получения 11-летнего опыта работы в авиационной промышленности, он получил степень магистра.Степень S. в Национальном университете наук и технологий (НИТУ), Исламабад, Пакистан, 2004 г., и докторская степень. Получил степень инженерного факультета Кембриджского университета в Кембридже, Великобритания, в 2009 году, специализируясь на разработке, упаковке и характеристиках датчиков потока SOI CMOS MEMS. В настоящее время он является доцентом и руководителем отдела аэрокосмической техники в Колледже авиационной техники. , Национальный университет наук и технологий (НИТУ), Исламабад, Пакистан, с двойным назначением адъюнкт-профессором Института авионики и аэронавтики Авиационного университета, Исламабад, Пакистан.Он участвовал в 27 международных журналах и конференциях в качестве основного или соавтора, а также является соавтором заявки на патент США / Европы. Его исследовательские интересы включают датчики потока CMOS MEMS, датчики давления, датчики температуры, датчики газа и акселерометры. Он также интересуется лазерной микрообработкой для датчиков и устройств на основе МЭМС и УНТ / графена.

Сухай Ахтар получил степень бакалавра инженеров. Получил степень в Университете NED, Карачи, Пакистан, в 1990 году. Он имеет степень DEA в области систем управления в Université de Technologie de Compiègne, Франция, а также степень магистра и доктора наук в области аэрокосмической инженерии в Мичиганском университете, США.В настоящее время он является руководителем отдела инженерии авионики в Колледже авиационной техники Национального университета наук и технологий (NUST), Исламабад, Пакистан, с двойным назначением адъюнкт-профессором Института авионики и воздухоплавания Университета авиации, Исламабад, Пакистан. автор статей в 17 международных журналах и конференциях в качестве основного или соавтора. Его исследовательские интересы включают нелинейную динамику и управление для аэрокосмических приложений, аэродинамику с большим углом атаки, адаптивное управление и контроль жидкостей.

Андреа Де Лука окончил Неаполитанский университет имени Федерико II (Неаполь, Италия) по специальности «Электронная инженерия» в 2011 году и в настоящее время является доктором философии. Студент Кембриджского университета (Кембридж, Великобритания). Его исследовательские интересы включают инфракрасные излучатели, инфракрасные детекторы, датчики температуры, датчики теплового потока, газовые датчики на основе микроконфорок и наноматериалы для увеличения поглощения / излучения инфракрасного излучения и обнаружения газов. или соавтор более 15 публикаций в журналах и на конференциях, а также соавтор одной заявки на патент.

Флорин Удреа – профессор полупроводниковой техники и руководитель лаборатории высоковольтной микроэлектроники и датчиков Кембриджского университета. Он получил степень бакалавра в Бухарестском университете, Румыния, в 1991 году, степень магистра. по интеллектуальным датчикам из Университета Уорика, Великобритания, в 1992 году и со степенью доктора философии по силовым устройствам, полученной в Кембриджском университете, Кембридж, Великобритания, в 1995 году. С октября 1998 года профессор Флорин Удреа является академиком инженерного факультета. , Кембриджский университет, Великобритания.С августа 1998 г. по июль 2003 г. он был опытным научным сотрудником EPSRC, а до этого – научным сотрудником колледжа Гертон-колледжа Кембриджского университета. В настоящее время он возглавляет исследовательскую группу по силовым полупроводниковым приборам и твердотельным датчикам, которая за последние 20 лет завоевала международную репутацию.