Терморезистор

Устройство и виды

Термистор – это полупроводниковый прибор, сопротивление которого зависит от его температуры. В зависимости от типа элемента сопротивление может увеличиваться или уменьшаться при нагревании. Термисторы бывают двух типов:

  • NTC (Negative Temperature Coefficient) – с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (TCR). Их часто называют «термисторами».
  • PTC (Positive Temperature Coefficient) – с положительным TCS. Их еще называют «постояльцами».

Важно! Температурный коэффициент электрического сопротивления – это отношение сопротивления к температуре. Он описывает, сколько Ом или процентов от номинального значения изменяет сопротивление элемента при повышении его температуры на 1 градус Цельсия

Например, у обычных резисторов ТКС положительный (при нагреве сопротивление проводников увеличивается).

Термисторы бывают низкотемпературные (до 170К), среднетемпературные (170-510К) и высокотемпературные (900-1300К). Корпус ячейки может быть изготовлен из пластика, стекла, металла или керамики.

Условное графическое обозначение термисторов на схеме напоминает обычные резисторы, с той лишь разницей, что они перечеркнуты полосой и рядом с ней указана буква t.

Кстати, именно так обозначаются резисторы, сопротивление которых меняется под воздействием окружающей среды, а тип величины, на которую они влияют, обозначается буквой, t – температура.

Основные особенности:

  • Номинальное сопротивление при 25 градусах Цельсия.
  • Максимальный ток или рассеиваемая мощность.
  • Диапазон рабочих температур.
  • TCS.

Интересный факт: термистор был изобретен в 1930 году ученым Сэмюэлем Рубеном.

Рассмотрим подробнее, как устроен каждый из них и что для этого нужно.

Измерения

  
     
  
  

Для измерения температуры в качестве термопреобразователей можно использовать полупроводниковые диоды и транзисторы. Это связано с тем, что при постоянном значении тока, протекающего вперед, например, через переход диода, напряжение на переходе изменяется почти линейно с температурой.

Чтобы значение тока было постоянным, достаточно включить большое активное сопротивление последовательно с диодом. В этом случае ток, протекающий через диод, не должен вызывать его перегрев.

построить калибровочную характеристику такого датчика температуры можно в двух местах: в начале и в конце измеряемого диапазона температур. На рис. 1, а показана схема измерения температуры с помощью диода ВД. Аккумулятор можно использовать как источник питания.

Термистор

Рис. 1. Схема измерения температуры с помощью диода (а) и транзистора (б, в). Мостовые соединители позволяют повысить относительную чувствительность прибора за счет компенсации начального значения сопротивления датчика.

Аналогичным образом температура влияет на сопротивление перехода эмиттер-база транзисторов. В этом случае транзистор может одновременно действовать как датчик температуры и как усилитель собственного сигнала. Следовательно, использование транзисторов в качестве датчиков температуры имеет преимущество перед диодами.

На рис.1, б изображена схема термометра, в которой в качестве преобразователя температуры используется транзистор (германиевый или кремний).

При изготовлении термометров, как диодов, так и транзисторов, необходимо строить калибровочную характеристику, а ртутный термометр можно использовать как примерный измерительный прибор.

Инерционность термометров на диодах и транзисторах невелика: на диоде – 30 с, на транзисторе – 60 с.

Практический интерес представляет мостовая схема с транзистором в одном из плеч (рис. 1, в). В этой схеме спай эмиттера подключен к одному из плеч моста R4, на коллектор подается небольшое запирающее напряжение.

Здесь ваше мнение имеет значение

 —

ставка (оценочная – 6 раз)

  
  • 68
  

Теги: диод, транзистор, температура

  
  
  
Смотрите также:
  
     
  • Простой термостат для прицепа на стройке или аквариума
  • Блоки питания для устройств на базе операционных усилителей
  • Портативный прибор для подбора пары мощных транзисторов усилителя мощности KB …
  • Термометр простой цифровой на КР572ПВ5
  • Цифровой термометр с полупроводниковым датчиком
  • Термометр газового водонагревателя
  • Простые полупроводниковые термометры
  • Частотомер с линейной шкалой
  • Вольтметры постоянного и переменного тока
  • Сверхлинейный бестрансформаторный усилитель мощностью 10 Вт
  • Электротермометр простой
  • Наземный радиопередатчик на двух транзисторах
  • Светодиодные вольтметры
  • Электронный термометр на аналоговой микросхеме
  • National Semiconductor представила цифровой датчик температуры, который …
  

Диод как датчик температуры- функция полупроводника

Диод – это простейший по своей конфигурации прибор, обладающий свойствами полупроводника.

Между двумя крайними точками диода (донором и акцептором) находится область пространственного заряда, другими словами: pn переход. Этот «мостик» гарантирует проникновение электронов с одной стороны на другую, поэтому из-за разницы в зарядах, составляющих его, довольно небольшой ток, но в любом случае возникает внутри диода. Движение электронов по диоду происходит только в одном направлении. Есть, конечно, обратный ход, но совершенно незначительный, и при попытке подключить источник питания в этом направлении диод заклинивает обратным напряжением. Это увеличивает плотность вещества и происходит диффузия. Кстати, именно по этой причине диод называют полупроводниковым вентилем (движение идет в одну сторону, а в другую нет).

Если вы попытаетесь повысить температуру диода, количество неосновных носителей (электронов, движущихся в направлении, противоположном основному) увеличится, и pn-переход начнет разрушаться.

Принцип взаимодействия между падением напряжения на pn переходе диода и температурой самого диода был выявлен практически сразу после его создания.

Следовательно, pn переход кремниевого диода является простейшим датчиком температуры. Его TKN (температурный коэффициент напряжения) составляет 3 милливольта на градус Цельсия, а точка падения напряжения в прямом направлении составляет примерно 0,7 В.

Для нормальной работы этот уровень напряжения излишне мал, поэтому чаще всего используется не сам диод, а pn-переходы транзистора в комплекте с базовым делителем напряжения.

В результате конструкция по качеству аналогична всей диодной последовательности. В результате показатель падения напряжения может быть намного выше 0,7 В.

Поскольку TCR (температурный коэффициент сопротивления) диода отрицательный (- 2 мВ / ° C), он оказался очень актуальным для использования в варикапах, где ему отводится роль стабилизатора резонансной частоты генератора контура. Контроль осуществляется по температуре.

Данные по падению напряжения на диодах

При анализе показаний цифрового мультиметра видно, что данные о падении напряжения на pn переходе для кремниевых диодов составляют 690-700 мВ, а для германиевых – 400-450 мВ (хотя этот тип диодов практически не используется) на данный момент не используется). Если во время измерения температура диода повысится, данные мультиметра, наоборот, уменьшатся. Чем больше сила нагрева, тем больше уменьшаются цифровые данные.

Обычно это свойство используется для стабилизации рабочего процесса в электронной системе (например, для аудиоусилителей).

Схема диодного термометра.

Датчики температуры для микроконтроллера

На данный момент многие схемы построены на микроконтроллерах, сюда же входят различные измерители температуры, в которых могут использоваться полупроводниковые датчики, при условии, что температура при их работе не превышает 125 ° C.

Поскольку датчики температуры откалиброваны на заводе-изготовителе, нет необходимости калибровать и настраивать датчики. Полученные от них результаты в виде цифровых данных отправляются в микроконтроллер.

Использование полученной информации зависит от содержимого программного обеспечения контроллера.

Помимо прочего, такие датчики могут работать в режиме термостата, то есть (по заданной программе) они включаются или выключаются при достижении определенной температуры.

Однако, если другие температурные индикаторы станут эталонными значениями, программу придется переписать.

Прочие сферы применения

Хотя выбор датчиков температуры сегодня очень широк, никто не забывает об их диодной версии, которая часто используется в электрических утюгах, электрокаминах и электронике в самом широком смысле.

Несмотря на ограничения по температурному режиму, диодные датчики имеют свои существенные преимущества:

– относительная дешевизна;

– скромные габариты;

– легко смонтировать огромное количество электронных устройств;

– отличная чувствительность и точность.

Благодаря всем этим качествам область применения этого типа датчика с каждым годом расширяется.

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

Простой электронный термометр на однопереходном транзисторе

категория

Радиосхемы для дома

И. Нечаев. Радио Курск, 1992, вып. 8, стр. 17–18

В этой статье речь пойдет о возможности конструирования приборов для измерения температуры на расстоянии – за переделом дома или, например, в балконном «овощехранилище». Существует множество схем, позволяющих это выполнить функции, но есть некоторые особенности при выборе термочувствительного датчика.

Как правило, в большинстве случаев при проектировании таких устройств термисторы часто используют радиолюбители. У них достаточно большой коэффициент термического сопротивления (далее ТКС) – до 8% на градус. Однако он сильно варьируется в диапазоне измеряемых температур. Если для бытовых термометров на этот факт можно закрыть глаза, то если речь идет о широком диапазоне температур (например, как в нашем случае, от – 40 градусов С до + 40 градусов С), то возникают некоторые проблемы с калибровка измерительной шкалы прибора – она ​​просто потеряет линейность.

Мы также знаем, что самый распространенный pn переход любого полупроводникового прибора может выступать в роли термодатчика, однако TKN простого перехода очень мала – не более 0,3% на градус, а это требует введения схем дополнительного усиления, что сильно усложняет конструкцию.

Практика показала, что однопереходные транзисторы типа КТ117 больше подходят для использования в качестве датчика температуры (они использовались в блоках питания ТВ 2 \ 3УСТСТ и найти их не составит труда), если подключить как показано на фото

В результате такого включения мы получим термистор сопротивлением 5… 10 кОм с КТК около 0,7… 0,9% на градус С. В этом случае шкала прибора будет линейной по весь температурный диапазон. Это свойство однопереходного транзистора позволило использовать его в качестве датчика температуры в устройстве, схема которого представлена ​​на рисунке

  

Основой рассматриваемого электронного термометра является измерительный мост на резисторах R2-R5, в одно плечо которого включен однопереходный транзистор VT1. В диагонали моста установлен микроамперметр PA1 с нулем в центре. Источником питания может служить двухполупериодный выпрямитель: для этого в схему вводится параметрический стабилизатор на транзисторе VT2 и стабилитроне VD1. Если прибор будет использоваться непродолжительное время (включили, посмотрели, выключили), также можно использовать 9-вольтовый аккумулятор типа «Крона», в этом случае цепи стабилизации могут быть исключены из схемы.

Суть устройства такова: все резисторы в цепи устанавливаются постоянными, изменяемым является только сопротивление датчика температуры, роль которого играет транзистор. При изменении температуры окружающей среды изменяется ток через датчик температуры. Кроме того, ток будет изменяться как в сторону увеличения при повышении температуры, так и в сторону уменьшения при понижении температуры. Оказывается, остается только подбором сопротивлений измерительного моста и регулировкой подстроечного резистора R1 сбросить показания стрелки положения прибора на 0 градусов С.

При настройке прибора можно руководствоваться следующими рекомендациями: растаявший лед из холодильника можно использовать как ориентир для «нулевой» температуры. Получить температуру 40… 50 градусов С тоже несложно – можно просто разогреть духовку до нужной температуры. Следовательно, можно установить нулевое положение прибора и максимальное положительное, сделав соответствующие отметки на шкале. Знак минус можно поставить на том же расстоянии, что и знак плюс, потому что шкала измерения будет линейной.

Все части термометра смонтированы на печатной плате с односторонним покрытием PCB, эскиз которой показан на рисунке

Примерный внешний вид устройства показан на следующем рисунке

Для этого термометра больше подходит микроамперметр типа М4206 на ток 50 мкА с нулем в центре шкалы. Если вдруг это устройство окажется недоступным, можно использовать любой другой микроамперметр на указанный ток (желательно с широкой шкалой измерения), но необходимо будет ввести дополнительную кнопку в схему, чтобы иметь возможность контролировать положительный и отрицательный температуры отдельно, как показано на рисунке

И напоследок: при необходимости устройство можно оснастить несколькими датчиками температуры, включив их по следующей схеме

Таким образом, мы сможем контролировать температуру различных объектов, например дома и на улице.

Термодатчики на транзисторах в схемах на МК

Физическая природа полупроводниковых материалов такова, что их параметры довольно сильно зависят от температуры. В обычных схемах усиления с этим явлением борются, а в измерителях температуры, наоборот, поощряются. Например, в кремниевых транзисторах с постоянным током коллектора при повышении температуры напряжение база-эмиттер U ^^ ^ уменьшается с теоретическим коэффициентом 2,1 мВ / ° C. Фактическое изменение пропорционально соотношению 1000 | мВ | / Гх1 [К], где – температура среды по шкале Кельвина.

Пример расчета. Пусть напряжение между базой и эмиттером стандартного кремниевого транзистора при температуре 7;) = 20 ° C равно   ^^^

При повышении температуры его тела до G = 35 ° C это напряжение уменьшается на 49 мВ: i

Фактическое напряжение может незначительно отличаться от расчетного, что зависит от расположения рабочей точки транзистора и его типа. В любом случае рекомендуется уменьшить и стабилизировать ток, протекающий через переход /? – / 7 для устранения эффекта саморазогрева кристалла.

Рис. 3.67. Схема подключения транзисторных датчиков температуры МК:

а) измерение температуры в диапазоне -30… + 150 °. Датчик температуры представляет собой транзистор VTI, напряжение которого (/ [^ e «дрейфует» с коэффициентом около 2 мВ / ° С. Резисторы R4 и 7 задают температурный диапазон и калибровочное напряжение +3 В на входе МК при температура окружающей среды + 25 ° С. Транзистор VTI имеет металлический корпус, конец которого можно запрессовать в термостойкую пластиковую трубку и использовать всю конструкцию как пробник или выносной пробник;

б) термодатчик на однопереходном транзисторе VTI обеспечивает линейность измерения температуры в диапазоне 0… + 100;

c) Транзистор VTI специально используется для поверхностного монтажа на малых площадях (SMD). Это необходимо для уменьшения тепловой инерции датчика. Например, SMD-транзистор переходит в стабильный тепловой режим через одну минуту после скачка температуры на 10 ° C (нормальному «большому» транзистору требуется во много раз больше времени). Резистор / ^ / уравновешивает дифференциальную схему, состоящую из транзисторов VTI, VT2\

На рис. 3.67, а . г приведены схемы подключения транзисторных датчиков температуры к МК.

г) транзистор VT1 имеет в корпусе отверстие, через которое он может быть закреплен винтом на поверхности измеряемого объекта. Коллектор транзистора электрически связан с его корпусом, что необходимо учитывать при установке. Коэффициент температурного преобразования прямо пропорционален соотношению резисторов R3 / R2 (в этой схеме около 20 мВ / ° C).

Термодатчик на транзисторе E-core

В этой статье я расскажу об использовании биполярного транзистора в качестве датчика температуры. Описание приведено в контексте его использования для измерения температуры радиатора (радиатора).

Основным преимуществом транзисторного датчика температуры является то, что он обеспечивает хороший тепловой контакт с радиатором и относительно легко на нем крепится, а биполярный транзистор стоит недорого.

Ниже представлена ​​схема включения транзистора и блока обработки сигналов на операционном усилителе. VT1 – это транзисторный термодатчик, подключенный к радиатору.

Транзистор намеренно используется со структурой pnp, потому что радиатор часто подключается к общему проводу схемы, а коллектор транзистора в корпусе ТО-220 подключается к пластине радиатора и при закреплении транзистора там нет необходимости изолировать его электрически от бассейна, что еще больше упрощает конструкцию.

Падение напряжения на p-n переходе изменяется с увеличением его температуры с крутизной около -2 мВ / градус (т.е уменьшается с повышением температуры). Такое небольшое изменение напряжения не очень удобно для обработки АЦП, к тому же удобнее, когда зависимость прямая, т.е с повышением температуры увеличивается температурный сигнал.

Схема выше смещает, инвертирует и усиливает сигнал от транзистора, обеспечивая увеличение выходного напряжения при повышении температуры, и работает следующим образом.

Падение напряжения на транзисторе вычитается из опорного напряжения, генерируемого делителем R1R2, и результат вычитания усиливается. Опорное напряжение выбирается чуть выше падения напряжения на транзисторе при температуре 25 градусов, что гарантирует измерение напряжения менее 25 градусов.

Коэффициент усиления схемы определяется отношением R5 / R4 + 1, и для этой схемы он равен 11. Окончательный наклон температурного сигнала составляет 2 * 11 = 22 мВ / градус. Следовательно, чтобы обеспечить измерение температуры от 0 градусов, выходной сигнал при 25 градусах должен быть не менее 25 * 0,022 = 0,55 В. Избыточное напряжение смещения на падении на транзисторе при 25 градусах должно быть не менее 0,05 В.

Падение напряжения на 25-градусном транзисторе составляет 0,5-0,6 В и зависит от конкретного типа транзистора и тока, протекающего через него, и вы, вероятно, не сможете выбрать опорное напряжение «на лету», поэтому при на этапе отладки требуется подбор резисторов R1R2 под конкретный тип транзистора и тока через него, с одного транзистора на другой, это значение может меняться, но это уже можно исправить программными методами.

Ток через транзистор определяется сопротивлением резистора R3, в этой схеме ток около 15 мА. Рекомендуемое значение тока через транзистор 10-20 мА.

Схема выше подходит для АЦП с опорным напряжением 3,3 В, но может использоваться и для опорного напряжения 5 В, для этого необходимо увеличить коэффициент усиления схемы в соответствии с требуемым диапазоном температур.

На элементах R6VD1 смонтирована схема ограничения выходного напряжения в случае нештатных ситуаций, например обрыва провода на транзисторе. Если напряжение питания операционного усилителя не превышает опорное напряжение АЦП, их можно исключить.

Как и DA1, можно использовать любой операционный усилитель, который обеспечивает работу от униполярного источника питания и входного напряжения 0 В. Например, дешевый и распространенный LM358.

В качестве транзистора можно использовать любой несоставной pnp-транзистор структуры.

Источник – https://mr-build.ru/newteplo/termotranzistory.html
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об инженерных системах
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: