Регулятор температуры для управления нагревателем и охладителем (LM393)
Принципиальная схема автоматического устройства для контроля за температурой, которое управляет нагревателем и охладителем. Обычно, термостат поддерживает температуру, управляя нагревателем. Приснижении температуры его включает, при повышении – выключает.
А стабилизация температуры происходит за счет искусственного нагревания и естественного охлаждения (остывания). Но в некоторых случаях, охлаждение естественным образом не происходит, например, из-за жаркой погоды или по другим причинам.
В этом случае для поддержания температуры термостат должен управлять не только нагревателем, но и каким-то охладителем, в качестве которого может работать, например, вентилятор. Здесь приводится описание термостата, который поддерживает температуру не только за счет управления нагревателем, но и за счет управления вентилятором, осуществляющего принудительное охлаждение.
Принципиальная схема
Рис.
1. Принципиальная схема терморегулятора для управления нагревательным и охладительным элементами.
Как уже сказано, температура здесь поддерживается не только обогревателем, но и управлением охладителя, в качестве которого используется вентилятор (это может иметь значение в летнее время, когда температура естественным образом повышается выше допустимого предела). Поэтому в схеме есть два компаратора А1.1 и А1.2. Компаратор А1.1 управляет нагревателем, а компаратор А1.2 – вентилятором.
Напряжение от терморезистора R9 поступает на один вход компаратора, а напряжение опорное, – на другие входы. При этом опорное напряжение формируется делителем на резисторах R2, R5, R7 таким образом, что напряжение на прямом входе А1.1 немного больше напряжения на инверсном входе А1.2. Разница этих напряжений небольшая, и зависит от сопротивления R5.
Когда температура соответствует установленной регулировкой Р1 величине, напряжение на терморезисторе R9 оказывается выше напряжения на инверсном входе А1.
2, но ниже напряжения на прямом входе А1.1. При этом выходы обоих компараторов оказываются под высокими логическими уровнями, и ток через светодиоды оптронных реле К1 и К2 не проходит. Реле закрыты и как нагреватель, так и вентилятор выключены.
Когда температура ниже заданной, сопротивление терморезистора R9 больше, напряжение на нем так же больше. Поэтому напряжение на инверсном входе А1.1 больше напряжения на его прямом входе. Значит на выходе А1.1 устанавливается низкий логический уровень. Появляется ток через светодиод оптореле К1.
Реле К1 открывается и подает питание на нагреватель. Если температура выше заданной сопротивление терморезистора R9 ниже, напряжение на нем так же ниже. Поэтому напряжение на прямом входе А1.2 меньше напряжения на его инверсном входе. Значит на выходе А1.2 устанавливается низкий логический уровень.
Появляется ток через светодиод оптореле К2, оно открывается и подает питание на вентилятор. Вот таким образом работает система поддержания температуры.
Гальванически, низковольтная схема полностью развязана с электросетью. Управление нагрузками осуществляется посредством оптической связи (через оптореле), а питание поступает через трансформатор Т1. Поэтому в случае попадания на органы управления воды или прикосновения к ним поражение током исключается, так как они не находятся под потенциалом электросети.
Детали и конструкция
Источник питания выполнен на трансформаторе Т1 типа ТВК100Л. Это выходной трансформатор кадровой развертки от старого лампового черно-белого телевизора. Вместо него можно использовать любой маломощный силовой трансформатор, на вторичной обмотке которого есть переменное напряжение 7-10V при максимальном токе не ниже 100mA. Например, использовать трансформатор от какого-то миниатюрного сетевого источника питания, например, от сетевого адаптера телевизионной игровой приставки или компьютерной периферии, или же намотать его самостоятельно.
Выпрямительный мост КЦ402 можно заменить любым маломощным выпрямительным мостом или собрать мост на четырех диодах, типа КД209, КД105, 1 N4004 или других.
Терморезистор ММТ номинальным сопротивлением 10 кОм при температуре +20°С.
Можно использовать терморезистор и другого номинального сопротивления, но при этом нужно учесть то, что номинальное сопротивление переменного резистора R1 должно быть такого же сопротивления, а стартовое сопротивление R3 выбрать в два раза ниже. То есть, если R9 – 20 кОм при температуре +20°С, то Р1 – 20 кОм, а R3 – 10 кОм. Затем, величина R3 уточняется при налаживании (при установке пределов регулировки температуры).
В данной схеме используется микросхема LM393 содержащая два компаратора. В принципе можно использовать практически любые другие компараторы, например, К554САЗ.
Кроме того, можно использовать операционные усилители, включенные в режиме компаратора, но в этом случае может потребоваться усиление выходов операционных усилителей, чтобы они могли работать на светодиоды оптореле. Сделать это можно с помощью транзисторных ключей, но этом случае потребуется у каждого из компараторов поменять местами прямой и инверсный входы, так как теперь включаться нагрузки будут не логическими нулями, а логическими единицами.
Выходные каскады на оптореле 5П19ТМ-20-6 можно выполнить на другой элементной базе, например, как в Л1. Делать выходы по схеме без опторазвязки не рекомендую, так как в этом случае датчики и органы управления оказываются под потенциалом сети. При налаживании можно пользоваться емкостью с водой, нагреваемой на электроплите, и каким-то достаточно точным образцовым термометром.
Желательно чтобы переменный резистор был группы «А», то есть, с линейным законом изменения сопротивления. Применение «логарифмического» резистора (как в регуляторах громкости) сильно затруднит градуировку шкалы.
Лыжин Р. РК-2015-07.
Литература: 1 – Лыжин Р. Универсальный автомат огородника – любителя. РК-2010-12.
Компаратор LM393: характеристики и аналоги микросхемы
Микросхема LM393, согласно техническим характеристикам, является сдвоенным прецизионным компаратором напряжения. Они могут работать как с одним, так и с двумя независимыми источниками питания.
Устройства этой серии были разработаны для непосредственного подключения с микросхемами TTL и CMOS. Он состоит из двух операционных усилителей, с помощью которых происходит сравнение сигналов, поступающих на входы.
Цоколевка
Чаще всего LM393 можно найти в корпусах DIP-8, для дырочного монтажа и SOP-8 для навесного. Кроме этого, некоторые компании, выпускают этот компаратор в упаковках: SOIC-8, Micro-8 и TSSOP-8. В любом случае распиновка LM393 выглядит следующем образом:
- Выход первого компаратора (Output A).
- Отрицательный вход первого компаратора (Inverting input A).
- Положительный вход первого компаратора (Input A).
- Земля (GND).
- Положительный вход второго компаратора (Input В).
- Отрицательный вход второго компаратора (Inverting input В).
- Выход второго компаратора (Output В).
- Питание (VCC).
Внешний вид LM393 и назначение ножек представлен на рисунке выше.
Технические характеристики
Рассмотрим предельно допустимые характеристики LM393.
Они важны, так как при их превышении компаратор может выйти из строя. Поэтому на них обращают внимание в первую очередь при конструировании новых устройств и подборе замены. Их измеряли при температуре +25°С. В нашем случае они равны:
- напряжение питания VCC от ±18 до ±36 В;
- дифференциальное входное напряжение VI(DIFF) = 36 В;
- входное напряжение Vl от -0,3 до +36 В;
- мощность:
- корпус DIP-8 PD = 1040 мВт;
- корпус SOP-8 PD = 480 мВт.
- Термическое сопротивление кристалл – воздух:
- корпус DIP-8 RΘja = 120 °С/Вт;
- корпус SOP-8 RΘja = 260 °С/Вт.
- температура хранения TSTG от -65 до +150°С.
Теперь познакомимся с электрическими характеристиками. Они также важны, и от них зависят возможности компаратора. Их тестирование проводилось при температуре +25°С. Значения других параметров, от которых зависят результаты измерения, находятся в колонке «Режимы тестирования» следующей таблицы.
| Электрические характеристики компаратора LM393 (при Т = +25 оC) | |||||||
| Параметры | Обозн. | min | typ | max | Ед. изм | ||
| Входное напряжение смещения | VO(P) =1,4 В, RS = 0 Ом | VIO | ±1 | ±5 | мВ | ||
| VCM= от 0 до 1,5 В, ТА от 0 до +70 °С | ±9 | ||||||
| Входной ток смещения | IIO | ±5 | ±50 | нА | |||
| ТА от 0 до +70 °С | ±150 | ||||||
| Входное смещение | IBIAS | 65 | 250 | нА | |||
| ТА от 0 до +70 °С | 400 | ||||||
| Ток питания | RL = ∞, VCC = 5 В | ICC | 0,6 | 1 | мА | ||
| RL = ∞, VCC = 30 В | 0,8 | 2,5 | |||||
| Увеличение напряжения | VCC= 5 В, RL ≥ 15 кОм | GV | 50 | 200 | В/мВ | ||
| Время отклика большого сигнала | VREF =1. 4 В, VRL = 5 В,RL = 5.1 кОм | TLRES | 350 | нс | |||
| Время отклика | VRL=5 В, RL=5,1 кОм | TRES | 1,4 | мкс | |||
| Выходной ток | VI(-) ≥ 1 В, VI(+) = 0 В, VO(P) ≤ 1,5 В | ISINK | 6 | 18 | мА | ||
| Выходное напряжение насыщения | VI(-) ≥ 1 В, VI(+) = 0 В | VSAT | 160 | 400 | мВ | ||
| ISINK = 4 мА ТА от 0 до +70 °С | 700 | ||||||
| Выходной ток утечки | VI(-) ≥ 0 В, VI(+) = 1 В | VO(P)=5 В | 0,1 | нА | |||
| VO(P)=30В | 1 | мкА | |||||
Аналоги
Перечислим компараторы-аналоги LM393 по техническим характеристикам:
- LA6393;
- LM2903B;
- NJM2903D;
- TA75393;
- BA10393F;
- BA10393;
- NJM2903D.
Также можно рассмотреть замену на LM2903, LM293, но при этом нужно знать значения требуемых рабочих параметров используемого для замены компаратора. Отечественный аналог рассматриваемого устройства — КР1040СА1.
Производители
Среди основных производителей LM393 можно назвать следующих:
- Motorola;
- TAITRON Components Incorporated;
- NXP Semiconductors;
- First Components International;
- Estek Electronics;
- Shenzhen Luguang Electronic Technology;
- Guangdong Kexin Industrial.
В отечественных магазинах присутствуют компараторы, выпущенные такими компаниями:
- Texas Instruments;
- ON Semconductor;
- STMcroelectronics;
- HTC Korea TAEJN Technology;
- Fairchild Semconductor;
- Unsonic Technologes;
- Rohm.
Datasheet на LM393 от всех производителей можно скачать в следующим разделе.
LM393 Распиновка, техническое описание, характеристики, применение, эквивалент
LM393 — широко используемая ИС в автомобильной, промышленной и образовательной сферах.
В этом посте вы найдете распиновку LM393, техническое описание, функции, приложения, аналоги и другую полезную информацию об этом чипе.
Объявления
Объявления
LM393 IC Характеристики / Технические характеристики- Два отдельных операционных усилителя компаратора напряжения в одном корпусе.
- Может работать от одинарного и двойного источника питания.
- Работает от широкого диапазона напряжения питания от 2В до 36В.
- Требуется только низкий рабочий ток около 400 мкА.
- Требует очень низкого входного смещения и тока смещения.
- Этот выход можно легко использовать для управления большинством логических систем.
- Высокая точность
- Надежно использовать в коммерческих устройствах.
- Низкая стоимость
- Подходит для портативных/батарейных устройств.
Конфигурация контактов IC LM393
| Номер контакта | Название контакта | Описание контакта |
|---|---|---|
| 1 | Выход A | Выход первого операционного усилителя IC |
| 2 | Инвертирующий вход A | Инвертирующий вход первого операционного усилителя IC |
| 3 | Неинвертирующий вход A | Неинвертирующий вход первого операционного усилителя ИС |
| 4 | Заземление (Gnd) | Заземление/минус Для обоих операционных усилителей микросхемы. |
| 5 | Инвертирующий вход B | Инвертирующий вход второго операционного усилителя IC |
| 6 | Неинвертирующий вход B | Неинвертирующий вход второго операционного усилителя IC |
| 7 | Выход B | Выход второго операционного усилителя IC |
| 8 | Vcc | Плюс питания операционных усилителей микросхемы. |
LM393 — широко используемая микросхема компаратора напряжения, доступная в 8-выводном DIP, SO-8 и других корпусах. Эта небольшая ИС обладает множеством полезных функций, которые делают ее идеальной ИС для использования в качестве компаратора. ИС содержит два отдельных высокоточных операционных усилителя компаратора, которые могут работать от одного или двух источников питания. Одной из хороших особенностей является широкий диапазон питающих напряжений, что позволяет использовать эту микросхему в самых различных приложениях.
ИС также требует низкого рабочего тока, благодаря чему она идеально подходит для использования в портативных устройствах и устройствах с батарейным питанием. Логические системы выходного привода, поэтому его можно использовать в цифровых схемах. С другой стороны, эта ИС также широко используется в своих проектах электронщиками, любителями и мастерами. Максимальный выходной ток микросхемы составляет 20 мА, что достаточно для управления транзисторами и логическими системами, логическими устройствами и микроконтроллерами.
Приложения
Схемы сравнения
Определение напряжения
Применение генератора
Логические системы Замена и эквивалент2
2 / Другие номера деталей
LM193, LM293, LM2903, LM311, LM358
Прикладная схема На приведенной ниже схеме показана схема переключателя датчика темноты с использованием ИС LM393, ИС LM393 используется здесь в качестве компаратора.
Схема использует LDR в качестве датчика света и темноты. LDR — это светочувствительный резистор, сопротивление которого изменяется при изменении количества света на его поверхности. Переменный резистор 20 кОм, используемый здесь для калибровки схемы, чтобы включить нагрузку при желаемом количестве света. На выходе схемы реле SPDT выведено через 2N39.04 БЮТ транзистор. Вы можете подключить любую нагрузку/устройство последовательно с точками, помеченными «Нагрузка» в цепи. Рабочее напряжение схемы 5В, но вы можете работать от любого напряжения от 2В до 36В постоянного тока. Релейный переключатель следует использовать в соответствии с рабочим напряжением, например, если вы работаете с цепью с 5 В, используйте реле от 5 В до 6 В, если вы хотите работать с более высоким напряжением, используйте релейный переключатель в соответствии с этим напряжением. Релейные переключатели доступны в различных напряжениях, таких как 3 В, 5 В, 6 В, 9 В.В, 12 В и т. д.
Как обеспечить безопасную длительную работу в цепи
Для обеспечения стабильной и долговременной работы с LM393 рекомендуется не использовать микросхему при напряжении более 32 В постоянного тока.
Не работайте более чем на ±18 при работе с двойным источником питания. Для стабильной работы всегда работайте на несколько вольт ниже максимального рабочего напряжения. Чтобы не использовать нагрузку более 20 мА, всегда осторожно подсоединяйте контакты. Случайное короткое замыкание может привести к повреждению внутренней схемы ИС, вызывая перегрев внутренней схемы. Неправильная пайка также может привести к повреждению внутренней схемы ИС или сделать ее слабой, из-за чего она не будет работать должным образом или обеспечивать нестабильную работу, неправильная пайка включает в себя нечистые паяные соединения, подключение паяльника более 10 секунд с любым выводом во время пайки. или подача любого вывода при температуре более 300 градусов по Цельсию в течение 10 секунд на любой вывод также приведет к внутреннему повреждению ИС. Не используйте ИС при температуре ниже 0 градусов по Цельсию и выше +70 градусов по Цельсию и всегда храните ИС при температуре выше -65 градусов по Цельсию и ниже +150 градусов по Цельсию.
Техническое описание
Чтобы загрузить техническое описание, просто скопируйте и вставьте ссылку ниже в браузере.
https://www.st.com/resource/en/datasheet/lm193.pdf
Интегральная схема — Анализ конфигурации текущего зеркала в LM393
спросил
Изменено 1 год, 1 месяц назад
Просмотрено 73 раза
\$\начало группы\$
Я пытался понять, как работает этот компаратор (LM393).
Пока я могу распознать секции:
- Q8, Q9, Q10, Q12 образуют дифференциальный усилитель.
- Q15 и Q16 — выходные транзисторы.
- Q1, F1 и Q2 отключают Q3, поэтому они работают как ограничитель тока?
- И Q3, Q4, Q5, Q6 и Q14 являются текущим зеркалом.
У меня проблемы с тем, чтобы понять, как работает текущее зеркало. Ток через Q3 отражается в Q4, Q5, Q6 и Q14. Тем не менее, я не могу понять , какова роль R4 . Я никогда не видел резистор, подключенный таким образом к базе транзистора; он отличается от R2, который уравновешивает ток, отраженный в Q5. Любая помощь будет оценена по достоинству, спасибо.
- интегральная схема
- компаратор
- токовое зеркало
\$\конечная группа\$
5
\$\начало группы\$
Вот как я это понимаю:
R4 компенсирует ограниченную бету выходных транзисторов. Базовый ток всех выходных транзисторов обходит эмиттер транзистора Q3, так как он течет прямо в коллектор. Таким образом, VBE Q3 меньше, чем должно быть, из-за меньшего тока эмиттера. Это VBE, в свою очередь, управляет токами выходных транзисторов и устанавливает их ниже, чем в идеальном зеркале, из-за этого недостаточного VBE.
Добавление резистора R4 позволяет коллектору Q3 опускаться ниже, чем в противном случае позволяло бы его недостаточное значение VBE, и, таким образом, восстанавливает выходные токи до тех значений, которые они должны иметь. VBE Q3 ниже, чем VBE выходных транзисторов, поэтому их токи также могут быть выше.
Токи базы нескольких выходных транзисторов кумулятивно лишают эмиттерный ток транзистора Q3, поэтому схема компенсации более актуальна, чем с токовым зеркалом с одним выходом.
Эффект компенсации лучше всего контролируется, когда усиление выходного тока низкое. В этом случае все коэффициенты усиления выходного тока равны 1 или меньше, и, таким образом, компенсация достаточно эффективна. Обратите внимание, что R2 снижает текущий коэффициент усиления Q5, возможно, пропорционально Q5.re/R2.
F1 + Q2 — это схема запуска, которая управляет коллектором Q2, позволяя Q2 развиваться VBE и переводя Q1 в проводимость. Как только Q1 запускается, F1 и Q2 отключаются и фактически выводятся из цепи, за исключением паразитных емкостей.
