Как работает транзисторный датчик температуры. Какие преимущества дает использование транзистора для измерения температуры. Как правильно подключить транзистор в схему термодатчика. Какие модели транзисторов лучше всего подходят для этой цели. На что обратить внимание при разработке схемы с транзисторным термодатчиком.
Принцип работы транзисторного датчика температуры
Использование биполярного транзистора в качестве датчика температуры основано на температурной зависимости напряжения база-эмиттер. При изменении температуры это напряжение меняется примерно на -2 мВ/°C. Как это работает?
- Коллектор и база транзистора соединяются, превращая его в диод
- Через эмиттерный переход пропускается небольшой постоянный ток (обычно 10-100 мкА)
- Измеряется падение напряжения на переходе база-эмиттер
- Это напряжение линейно зависит от температуры с коэффициентом около -2 мВ/°C
Таким образом, измеряя напряжение на транзисторе, можно определить его температуру. Важно обеспечить стабильный ток через транзистор для точных измерений.
Преимущества транзисторного датчика температуры
Почему транзистор часто используется в качестве термодатчика? У этого подхода есть ряд достоинств:
- Простота — требуется минимум дополнительных компонентов
- Низкая стоимость — обычные транзисторы очень дешевы
- Хорошая линейность в широком диапазоне температур
- Высокая чувствительность — изменение на 2 мВ/°C легко измерить
- Малые размеры датчика
- Возможность измерять как положительные, так и отрицательные температуры
При этом точность измерений может достигать 0.1°C при правильной калибровке схемы.
Схема включения транзисторного датчика температуры
Как правильно подключить транзистор для измерения температуры? Типовая схема выглядит следующим образом:
- Коллектор соединяется с базой транзистора
- К эмиттеру подключается источник тока на 10-100 мкА
- Напряжение между базой и эмиттером измеряется вольтметром или АЦП
- Для стабилизации тока используется резистор 10-100 кОм
Важно обеспечить хороший тепловой контакт транзистора с измеряемым объектом. Для этого часто используются транзисторы в металлических корпусах.
Выбор транзистора для датчика температуры
Какие модели транзисторов лучше всего подходят для использования в качестве термодатчиков? Основные требования:
- Низкое базовое сопротивление
- Малый ток утечки
- Стабильные характеристики
Хорошо зарекомендовали себя следующие транзисторы:
- BC547, BC548, BC549 (NPN)
- 2N3904, 2N4401 (NPN)
- 2N3906 (PNP)
Можно использовать практически любой маломощный биполярный транзистор, но желательно проверить его характеристики.
Особенности разработки схемы с транзисторным термодатчиком
На что обратить внимание при проектировании устройства с транзисторным датчиком температуры?
- Стабилизация тока через транзистор для повышения точности
- Компенсация начального напряжения смещения
- Усиление малого изменения напряжения (2 мВ/°C)
- Калибровка схемы по известным опорным точкам
- Линеаризация характеристики в широком диапазоне
- Фильтрация шумов и помех
Для достижения высокой точности часто используют дифференциальные схемы с двумя идентичными транзисторами.
Применение транзисторных датчиков температуры
Где на практике используются термодатчики на основе транзисторов? Основные области применения:
- Измерение температуры радиаторов и теплоотводов
- Контроль перегрева мощных полупроводниковых приборов
- Термостабилизация генераторов и прецизионных схем
- Измерение температуры окружающей среды
- Системы климат-контроля
- Бытовые электронные термометры
Благодаря простоте и низкой стоимости, транзисторные датчики температуры широко используются в любительской электронике и промышленных устройствах.
Ограничения транзисторных датчиков температуры
Несмотря на множество достоинств, у транзисторных термодатчиков есть и некоторые недостатки:
- Нелинейность характеристики при экстремальных температурах
- Разброс параметров у разных экземпляров транзисторов
- Необходимость индивидуальной калибровки для высокой точности
- Чувствительность к электромагнитным помехам
- Ограниченный температурный диапазон (обычно до 150°C)
В некоторых случаях более подходящими могут оказаться специализированные датчики температуры или термопары.
Термодатчик на транзисторе — E-core
В этой статье я расскажу об использовании биполярного транзистора в качестве датчика температуры. Описание приводится в контексте использования его для измерения температуры радиатора (теплоотвода).
Главное преимущество датчика температуры на транзисторе в том, что он обеспечивает хороший тепловой контакт с радиатором и его относительно просто на нем закрепить и стоит биполярный транзистор не дорого.
Ниже показана схема включения транзистора и узел обработки сигнала на ОУ. VT1 это и есть транзистор-термодатчик, который крепится на радиатор.
Транзистор намеренно используется p-n-p структуры т.к. радиатор часто соединяется с общим проводом схемы, а коллектор транзистора в корпусе TO-220 соединен с теплоотводной пластиной и при креплении транзистора нет необходимости электрически изолировать его от радиатора, что дополнительно упрощает конструкцию.
Падение напряжения на p-n переходе изменяется при увеличении его температуры с крутизной примерно -2 мВ/градус (т.
е. уменьшается с ростом температуры). Такое малое изменение напряжения не очень удобно обрабатывать АЦП, более того удобнее когда зависимость прямая т.е. при увеличении температуры сигнал температуры растет.
Приведенная схема смещает, инвертирует и усиливает сигнал с транзистора, обеспечивая увеличение выходного напряжения с ростом температуры, и работает следующим образом.
Из опорного напряжения, формируемого делителем R1R2, вычитается падение напряжения на транзисторе и результат вычитания усиливается. Опорное напряжения выбирается чуть выше падения напряжения на транзисторе при температуре 25 градусов, чем обеспечивается измерение напряжения ниже 25 градусов.
Коэффициент усиления схемы определяется соотношением R5/R4 + 1 и для данной схемы равен 11. Итоговая крутизна сигнала температуры получается 2*11=22мВ/градус. Таким образом для обеспечения измерения температуры от 0 градусов выходной сигнал при 25 градусах должен быть не менее 25*0,022=0,55В. Превышение напряжения смещения над падением на транзисторе при 25 градусах должно быть не менее 0,05В.
Падение напряжения на транзисторе при 25 градусах составляет 0,5-0,6В и зависит от конкретного типа транзистора и тока через него и наверняка подобрать опорное напряжение «с ходу» не получится, поэтому на этапе отладки требуется подбор резисторов R1R2 для конкретного типа транзистора и тока через него, от одного транзистора к другому это значение может меняться, но это уже может быть скорректировано программными методами.
Ток через транзистор определяется сопротивлением резистора R3, в данной схеме ток примерно равен 15мА. Рекомендуемое значение тока через транзистор 10-20мА.
Приведенная схема адаптирована под АЦП с опорным напряжением 3,3В, но может быть использована и для 5В опорного напряжения, для этого необходимо увеличить коэффициент усиления схемы, исходя из требуемого диапазона температур.
На элементах R6VD1 собрана схема ограничения выходного напряжения на случай нештатных ситуаций, например обрыва провода к транзистору. Если напряжение питания ОУ не превышает опорное напряжение АЦП, то их можно исключить.
В качестве DA1 может использовать любой ОУ, обеспечивающий работу при однополярном питании и входном напряжение от 0В. Например дешевый и распространенный LM358.
В качестве транзистора может использоваться любой не составной транзистор p-n-p структуры.
Термодатчик из транзистора
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. 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.
Поиск данных по Вашему запросу:
Схемы, справочники, даташиты:
Прайс-листы, цены:
Обсуждения, статьи, мануалы:
Дождитесь окончания поиска во всех базах.
По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.
Содержание:
- Датчик температуры
- Транзисторный термодатчик
- Датчик температуры на транзисторах с токовым выходом
- Схема датчика температуры
- Вы точно человек?
- Простейший датчик температуры на LM35
- Транзистор как диод
ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Термодатчик LM35.
Датчик температуры
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.
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. 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. Как правило, прибор покажет цифру близкую к 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 мВ, а для германиевых диодов около Такая зависимость также позволяет использовать диоды в качестве датчиков температуры.
Схема терморегулятора показана на рисунке 1. 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. 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 КТБ 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.
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 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. 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 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! Для проведения подобных опытов в качестве нагревателя подойдет настольная лампа с металлическим абажуром, а для измерения температуры китайский цифровой мультиметр с термопарой, например DT 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. 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. 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 мА, поэтому подойдет любой трансформатор мощностью не более 5Вт и выходным напряжением Схема блока питания показана на рисунке 3.
Потребляемая мощность невелика, поэтому устанавливать стабилизатор на радиатор не потребуется. 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.
Читайте самые интересные истории ЭлектроВестей в Telegram и Viber. Только по-настоящему важные новости энергетики. Использование материалов elektrovesti. 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.
Рисунок 1. Схема терморегулятора при нажатии на картинку откроется схема в большем масштабе. Устройство управления нагрузкой Устройство управления нагрузкой выполнено на транзисторе VT2 и реле Rel1. Рисунок 2. Малогабаритное реле фирмы Tianbo. 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.
Рисунок 3. Блок питания терморегулятора. NET экономят ваше время Подпишитесь на важные новости энергетики! Подпишитесь на ЭлектроВести в Твиттере.
Читать ElektroVesti. Самое читаемое. Коэффициент теплопроводности популярного утеплителя оказался завышен в 22 раза 5 дней назад. Во Львове завершили монтаж самой большой фасадной солнечной станции 5 дней назад. Британия планирует запретить установку газовых котлов в новых домах с года 7 дней назад.
Транзисторный термодатчик
В этой статье я расскажу об использовании биполярного транзистора в качестве датчика температуры. Описание приводится в контексте использования его для измерения температуры радиатора теплоотвода. VT1 это и есть транзистор-термодатчик, который крепится на радиатор. Транзистор намеренно используется p-n-p структуры так как радиатор часто соединяется с общим проводом схемы, а коллектор транзистора в корпусе TO соединен с теплоотводной пластиной и при креплении транзистора нет необходимости электрически изолировать его от радиатора, что дополнительно упрощает конструкцию. Такое малое изменение напряжения не очень удобно обрабатывать АЦП, более того удобнее когда зависимость прямая то есть при увеличении температуры сигнал температуры растет.
Приведенная схема смещает, инвертирует и усиливает сигнал с транзистора, обеспечивая увеличение выходного напряжения с ростом температуры, и работает следующим образом. Превышение напряжения смещения над падением на транзисторе при 25 градусах должно быть не менее 0,05В.
Оно составляет 10 милливольт на каждый градус Цельсия температуры корпуса микросхемы (она сама выглядит как транзистор.
Датчик температуры на транзисторах с токовым выходом
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.
Схема датчика температуры
Новая тема Правила Регистрация Статистика Архив. Пишут, что они обеспечивают вполне приемлемую точность. Но там применяется сложный метод измерения с двумя коммутируемыми источниками тока. Есть задача контролировать температуру радиатора в БП, при достижении порога 1 включать сигнализацию, порога 2 — отключать схему.
Я видел схемы там просто соединили 4 диода для увеличения чувствительности, вернее так увеличили диаппазон изменения тока при перепадах температуру. Если найду какой-нить составной типа ый былоб интересно потестить.
Вы точно человек?
Для измерения только положительных температур диоды и резистор не нужны. Точность измерения температуры 0,1 градуса Цельсия, то есть термодатчик для многих применений можно назвать прецизионным. Термометр для измерения положительных температур. Такой электронный измеритель температуры можно быстро сделать своими руками.
Достаточно подключить Крону или три пальчиковые батарейки, соединенные последовательно к датчику, а датчик к вольтметру, как показано на рисунке — и термометр готов. Датчик потребляет от источника питания ток не более 10 мкА, поэтому батарейку можно не отключать длительное время.
Простейший датчик температуры на LM35
Не особенно актуально для чего вам температурный датчик , важно то что вы будете иметь знания. Однако в зависимости от области использования необходимо учесть материалы и мощности. Задействовать мы станем известный измеритель lm смотрится как традиционный транзистор с тремя ножками , подобный датчики подключаются также. R1 — резистор ограничивающий питания датчика. R2 — 10КОм — Подстроечный резистор. Нужен для калибрования — точности нашего датчика. Создаём восхитительными образами условия внешней среды 25 градусов Сверяем со спиртовым термометром.
Задействовать мы станем известный измеритель lm (смотрится как традиционный транзистор с тремя ножками), подобный.
Транзистор как диод
Начнём с того, что мне как-то понадобился для одного проекта электронный термометр — ртутный казался громоздким и неудобным. Сходу придумалась схема, использовавшая терморезистор а то и просто резистор, а в одном случае использовалась вообще галогенная лампочка , с усилителем, компаратором и ещё рядом хитростей, чтобы повысить точность. Получалась всё более и более навороченная схема, которая, конечно, после n-ного по счёту изменения не заработала, и разбираться желания уже не было, да и китайский термометр появился в процессе, и разработка заглохла за ненадобностью. Но одной функции всё-таки не хватало.
Я против размещения этой статьи на сайте. В комментариях спам или нец-ая брань. Требую удаления материала. Откуда берем радиодетали?
При эксплуатации мощных усилителей и блоков питания нередко возникает необходимость в контроле температуры мощных ключевых элементов — транзисторов, тиристоров, диодов и т.
Достаточна ли точность битного АЦП в тиньке, чтобы правильно оцифровать настолько низкий перепад напряжения в пределах значений АЦП? Возможно есть более простые решения из подручных средств? Мы принимаем формат Sprint-Layout 6! Экспорт в Gerber из Sprint-Layout 6.
Конденсаторы Panasonic. Часть 4. Полимеры — номенклатура.
Войти через uID. Например: TDA Мы рады вас видеть. Пожалуйста зарегистрируйтесь или авторизируйтесь!
диодов. Могу ли я использовать NPN-транзистор BC547 в качестве термометра?
Спросил
Изменено 4 года, 3 месяца назад
Просмотрено 10 тысяч раз
\$\начало группы\$
В статье «Электронные термометры для пивоваров» Кен Шварц рассказывает о том, как использовать 2N4401 для создания диодного термометра:
повезло с этим. Согласно техническому описанию BC547, эмиттер и коллектор противоположны рисунку выше, но я попробовал оба способа, и ни один из них не работает. Они оба кажутся абсолютно одинаковыми. есть ли на самом деле «правильный» способ в этой настройке, или любой из них будет работать, если транзистор не биполярный?
После подключения B&C я измерил сопротивление своим Fluke и получил примерно 55 МОм.
Я думал, что понял теорию происходящего, но теперь я не так уверен. Я был , думая, что транзистор действует как переменный резистор, и если он будет подключен между постоянным резистором, то установка может действовать как переменный делитель напряжения, который может обеспечить напряжение, которое можно измерить, и рассчитать температуру.
Я проверил эту теорию, но получил одинаковые показания напряжения как с резистором 47K, так и с резистором 47M, поэтому я решил, что, возможно, эта конфигурация работает не так. Напряжение составляло около 0,6 В при использовании источника питания 3 В3.
При подключении к измерителю Fluke сопротивление меняется в зависимости от температуры (например, при удерживании транзистора). Оно изменяется от 55 МОм при комнатной температуре до 45 МОм.
- Подойдет ли BC547 для этой установки?
- Как работает эта установка (если это не переменный делитель напряжения)?
Возможные ссылки на спецификации:
https://www.
fairchildsemi.com/datasheets/2N/2N4401.pdf
http://arduino.cc/documents/datasheets/BC547.pdf
- транзисторы
- диоды
- термопара
\$\конечная группа\$
2
\$\начало группы\$
Диод (или транзистор подключенный как диод как у вас) не ведет себя как резистор. Скорее, он имеет падение напряжения, которое не сильно зависит от тока, и имеет небольшой отрицательный температурный коэффициент.
Если вы используете рекомендуемый резистор 47K (пропускающий через диод около 180 мкА), то падение напряжения должно быть около 600 мВ, а изменение -2 мВ/°C.
Если вы держите его в руке, вы можете нагреть его на 5 ° C, и оно изменится, возможно, на -10 мВ с (скажем) 612 мВ до 602 мВ (небольшое изменение в процентах). Если вы получаете ~ 600 мВ при комнатной температуре, он почти наверняка работает правильно.
Ток утечки (то, что вы измеряете в диапазоне высоких сопротивлений) также зависит от температуры, но это не считается надежным способом измерения температуры.
Транзистор, подключенный как диод, на самом деле является более «идеальным» диодом, чем реальный диод — коэффициент идеальности близок к 1, а не к 2 для типичного выпрямительного диода или переключающего диода.
BC547 и 2N4401 очень хорошо работают в этом приложении, потому что они имеют низкое базовое сопротивление (лучше, чем, скажем, радиочастотный транзистор).
Относительно большой сигнал (-2 мВ/°C) можно компенсировать путем сравнения напряжения на транзисторе при двух разных токах (или двух точно согласованных транзисторах, работающих при разных токах), и именно так работают многие монолитные датчики температуры. Вы получаете только около 1/10 сигнала (200 мкВ/°C), но этого все же достаточно, а вариация от устройства к устройству очень мала. Этот метод используется для измерения температуры кристалла процессора в компьютерах.
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
Любой биполярный транзистор с коллектором, соединенным с базой, можно использовать для измерения температуры. Нет, это не совсем терморезистор. Это больше похоже на источник напряжения с переменной температурой, предполагающий, что через него проходит некоторый минимальный ток.
С закороченными конденсаторами C и B транзистор электрически очень похож на диод. Чтобы использовать его в качестве преобразователя температуры, пропустите через него фиксированный ток и измерьте напряжение. Например, если у вас есть источник питания 5 В, вы можете подключить резистор 4,3 кОм последовательно с транзистором. Это приведет к тому, что через транзистор будет протекать около 1 мА. Этот ток будет немного варьироваться в зависимости от напряжения BE, но это само по себе является функцией температуры. В результате, пока источник 5 В остается постоянным, напряжение на транзисторе зависит только от температуры.
Для транзистора NPN B-C является положительным соединением, а E отрицательным. Для PNP E — это положительное соединение, а B-C — отрицательное. Любой из них должен работать примерно так же хорошо, как датчик температуры.
Конечно, есть микросхемы, использующие этот эффект и дающие хорошее линейное значение температуры, напряжения или цифровое значение. Существуют также термисторы, которые представляют собой резисторы с переменной температурой. Существует множество способов изготовления электронных преобразователей температуры.
\$\конечная группа\$
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но никогда не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
.
BJT и диодные датчики температуры – Быстрая прогулка
Когда дело доходит до повседневного измерения температуры, термистор является самым простым и недорогим компонентом для удобного получения данных о температуре. Это хорошо, но в этой статье я объясню, как использовать обычные транзисторы с биполярным переходом и маломощные диоды в качестве точных мониторов/датчиков температуры. Поскольку они являются настоящими аналоговыми компонентами, 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 – прямое
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 с падением напряжения примерно 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 на это падение напряжения влияет ток, протекающий через диод (I F ) и температура, непосредственно окружающая диод. Итак, если вы поддерживаете постоянный ток и считываете прямое напряжение, да, у вас есть довольно простой диод датчика температуры! Звучит здорово, правда?
Я использовал слабосигнальный кремниевый диод 1N4148 (https://www.vishay.com/docs/81857/1n4148.pdf) в качестве датчика температуры в нескольких хобби-проектах по электронике. Мой выбор сделан намеренно, так как диод в корпусе DO-35 имеет оболочку из неплавкого стекла, которая подходит для моих «горячих» применений. Ниже вы можете увидеть простую идею датчика температуры 1N4148.
Здесь достаточно одного резистора, потому что прямое падение напряжения на диоде не сильно меняется и, следовательно, ток через резистор достаточно постоянен.
В любом случае, вы можете выбрать источник постоянного тока для управления диодом — смотрите ниже.
Примечание: Для кремниевого диода барьерное напряжение для протекания тока выше 700 мВ, а для германиевого диода оно выше 300 мВ. Кроме того, «объемное сопротивление» диода — это приблизительное сопротивление на клеммах диода, когда на него подается прямое напряжение и ток. Это сопротивление является динамическим, т. е. изменяется в зависимости от величины прямого напряжения и тока, протекающих через диод в любой момент времени.
Диод датчика температуры – обратный
Следует также отметить, что обратный ток диода можно использовать даже в качестве датчика температуры. См. https://www.digikey.com/eewiki/display/Motley/Diodes#Diodes-LeakageLeakage
Я также измерил обратный ток диода 1N4148, используя установку, показанную ниже. И я обнаружил, что обратный ток утечки довольно мал — всего около 3 наноампер (нА). И температура, и напряжение влияют на обратный ток диода, поэтому я использовал постоянный источник питания 5 В постоянного тока при снятии показаний DVM.
Датчик температуры BJT
Переход база-эмиттер BJT имеет очень предсказуемую передаточную функцию, которая зависит от температуры. Итак, чтобы измерить температуру корпуса устройства или температуры 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 с каждым °C, когда 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.
На данный момент стоит отметить, что почти любой кремниевый диод/биполярный переходной транзистор можно использовать в качестве датчика температуры, и в большинстве случаев любой прецизионный операционный усилитель можно использовать для формирования сигнала датчика (скорость обычно не большая проблема).
Но Motorola MTS102 — это кремниевый датчик температуры, специально разработанный и оптимизированный для этого конкретного применения (https://datasheetspdf.com/pdf-file/521287/Motorola/MTS102/1).
A Практическая/экспериментальная конструкция
Температура — это величина, которую необходимо часто контролировать в электронных схемах, особенно когда мы работаем с силовой электроникой, рассеивающей много тепла. Экстремальные температуры могут быть очень разрушительными, но при эффективном управлении температурой (часто путем отключения контура или принудительной вентиляции) мы можем предотвратить повреждение системы, предотвращая в конечном итоге дорогостоящие аварии.
Итак, теперь вы можете увидеть небольшую схему датчика температуры на основе биполярного транзистора, который разработан максимально простым, с обычными и дешевыми компонентами, но в то же время максимально гибким и полезным. На следующей схеме (v1) показана практическая/экспериментальная схема, состоящая из старого доброго биполярного транзистора (BC107B) и дешевого дифференциального компаратора IC (LM39).
3Н).
Подводя итог, несмотря на то, что продемонстрированные здесь решения имеют несколько ограничений, удивительно легко использовать диоды и транзисторы в качестве дешевых и надежных аналоговых датчиков температуры и использовать их в повседневных хобби-проектах электроники. Я использовал множество различных конфигураций связанных цепей в качестве грубых мониторов температуры. Тем не менее, я почти уверен, что многие другие могут знать об этом намного больше, чем я. Итак, наслаждайтесь поиском в Google, чтобы найти знания и работу, которую они вложили в свои удивительные проекты, и многое другое!
Постскриптум
Я просто хочу показать вам свою небольшую коллекцию «стеклянных диодных датчиков температуры», которые обычно используются в индукционных плитах и рисоварках. В этот момент 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 NTC 100K).
