Термодатчик из транзистора: Все своими руками Датчик температуры

Содержание

Все своими руками Датчик температуры

Опубликовал admin | Дата 9 июня, 2014

Зависимость падения напряжения на p-n переходе от температуры было замечено сразу после создания самого этого перехода. Это свойство полупроводников используется в электронных термометрах, датчиках температуры, термореле и т.д.

Простейшим датчиком температуры является p-n переход кремниевого диода, температурный коэффициент напряжения, которого равен, примерно, 3 мВ/°C, а прямое падение напряжения находится в районе 0,7В. Работать с таким маленьким напряжением неудобно, поэтому в качестве термозависимого элемента лучше использовать p-n переходы транзистора, добавив к нему базовый делитель напряжения. Полученный двухполюсник обладает свойствами цепочки диодов, т.е. падение напряжения на нем можно устанавливать намного больше, чем 0,7В. Зависит оно от соотношения базовых резисторов R1 и R2 см. рис. 1.

Обладая отрицательным температурным коэффициентом сопротивления, этот двухполюсник нашел применение в схеме питания варикапов. При повышении температуры, емкость варикапов начинает увеличиваться, но одновременно уменьшается падение напряжения на двухполюснике VT1, R1,R2, что ведет к увеличению напряжения на переменном резисторе и соответственно на варикапе, уменьшая его емкость. Таким образом, достигается температурная стабилизация резонансной частоты колебательного контура. На рисунке 2 показана схема двухполюсника, который можно использовать в качестве термодатчика в схемах электронных термореле и термометрах. Здесь есть одно неудобство, кристалл транзистора КТ315 размещен в пластмассовом корпусе, что повышает инерцию измерения температуры или срабатывания реле. И второе, это неудобство крепления его к объекту, температуру которого необходимо отслеживать. Например, для отслеживания температуры теплоотводов мощных ПП, лучше применить в качестве термодатчика транзистор КТ814. Конструкция этого транзистора позволяет крепить его непосредственно к радиатору, находящемуся под потенциалом земли, всего одним винтиком.

Такой датчик используется в схеме терморегулятора для вентилятора, размещенной на сайте www. ixbt.com/spu/fan-thermal-control.shtml

На рисунке 4 показана практическая схема для вентилятора охлаждения блока питания. Применение операционного усилителя средней мощности К157УД1 в качестве компаратора, позволило подключить пару вентиляторов от блока питания компьютера непосредственно на выход микросхемы, выходной ток которой, равен 0,3А. Температуру включения вентиляторов устанавливают резистором R5. Схема работает следующим образом. При нормальной температуре теплоотвода напряжение на выводе 9 микросхемы DA1 должно быть больше, чем на выводе 8. При этом на выходе DA1, выводе 6, будет потенциал близкий к напряжению питания схемы. Напряжение на вентиляторах при таких условиях будет практически равно «0». Вентиляторы выключены. При повышении температуры теплоотводов будет повышаться и температура транзистора VT1, что в свою очередь вызовет уменьшение напряжения на неинвертирующем входе 8 микросхемы DA1. Как только это напряжение будет меньше напряжения, установленного резистором R5, состояние компаратора изменится и на его выходе напряжение упадет примерно до потенциала земли. Вентиляторы включатся. Резистор R7 обеспечивает небольшой гистерезис схемы, что исключает неопределенное состояние выходного напряжения на выходе DA1 при равенстве входных напряжений. Плату терморегулятора лучше установить прямо на контролируемом радиаторе, чтобы его микросхема тоже обдувалась вентилятором. Транзистор VT1 соединяется с платой тремя проводами и устанавливается в непосредственной близости от мощных ПП.

Обсудить эту статью на — форуме «Радиоэлектроника, вопросы и ответы».

Заметки для мастера — Датчик температуры

Схема инфракрасного датчика

Рис. 1

На рис.1 показана схема устройства которая работает на отражение или пересечение ИК луча и может использоваться на объектах за которыми необходимо постоянное наблюдение или др. Модулированная частота ИК луча 36 кГц и исключает ошибки от различных световых, тепловых приборов и солнечного света. В схеме используется микросхема К561ЛН2.

Транзистор, датчик перегрева

При эксплуатации мощных усилителей низкой частоты или источников питания (инверторы, преобразователи, стабилизаторы), желательно иметь информацию о степени нагрева теплоотводов. Если по какой-то причине устройство используется в критических условиях, то температура нагрева мощных транзисторов может достигнуть (!) 150°С. При этом велика вероятность их теплового и электрического пробоя. Контролировать степень нагрева радиаторов поможет устройство, схема которого показана ниже. В качестве термодатчика используется пара германиевых транзисторов МП26, которые, наверняка, завалялись у многих радиолюбителей за ненадобностью, рис.2

Рис.2

Устройство питается прямо от источника питания контролируемой конструкции. Сопротивление резистора R1 рассчитывается по формуле R1=(Un–10)/8. Светодиод начинает светиться при нагреве транзисторов до температуры 70°С.

Датчик температуры

Датчик температуры, схема которого показана на рисунке 3, можно использовать как защитное устройство мощных транзисторов от перегрева.

Рис.3

Этот датчик отключает питание от защищаемого блока или узла, как только температура превысит допустимую. Термодатчиком служит транзистор VT1, его приклеивают через изоляционную прокладку к корпусу защищаемого элемента. VT1, VT2 в схеме образуют пороговое устройство которое срабатывает при определенной температуре. Благодаря ПОС через R7 процесс открывания транзисторов протекает лавинообразно, срабатывает реле и своими контактами отключает питание от защищаемого блока.

При снижении температуры устройство возвращается в исходное состояние. Порог срабатывания можно задать от +30 до +80 градусов Цельсия при помощи резистора R2.

Транзистор VT1 можно заменить на МП40-МП42, VT2 на КТ503, для более высоких температур использую кремниевые транзисторы МП116 и КТ361. Реле типа РЭС-22.

«Справочник по схемотехнике для радиолюбителей»

Боровской В. П.

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]

Иллюстрированный самоучитель по настройке и оптимизации компьютера › Тестирование, мониторинг и диагностика › Мониторинг параметров элементов. Аппаратная реализация мониторинга. [страница — 71] | Самоучители по операционным системам

Мониторинг параметров элементов. Аппаратная реализация мониторинга.

Для корректной работы измерительных схем требуются соответствующие датчики и согласование их входных сопротивлений в зависимости от выходных сопротивлений датчиков. Это позволяет достичь максимального соотношения сигнал/шум.

Вместо терморезистора в качестве датчика температуры может использоваться и транзистор в диодном включении, например, как это показано на рис. 8.15 а. Принцип работы такого датчика основан на зависимости порогового напряжения открывания кремниевого p-n-перехода от температуры. В результате этого эффекта при изменении температуры транзистора-диода напряжение порога меняется практически линейно с отрицательным градиентом 2.3 мВ/С (dV ~ 1/T).

Аналогично варианту с транзистором для контроля температурного режима работы процессора иногда могут быть использованы и такие средства, как, например, термодиод, включенный в состав кристалла процессора Pentium III (рис. 8.15 б).

Рис. 8.15. Схема подключения к микросхеме W83782D полупроводниковых термодатчиков: а – транзистора 2N3904; б – термодиода, встроенного в кристалл процессора Pentium III

Подобным образом подключается и термодиод процессора Pentium 4.

Процессоры AMD Athlon (Thunderbird) и AMD Duron, а также изделия Intel ранних разработок не имеют встроенных в кристалл датчиков температуры. Поэтому температурный режим процессоров этого типа осуществляется с помощью внешних датчиков, устанавливаемых обычно либо рядом с процессорами стандартов Slot А и Slot 1, либо внутри разъемов Socket A (Socket 462) и Socket 370 (рис. 8.16, 8.17) для процессоров конструктива PGA, FC-PGA и т. п. При этом для обеспечения нормальной работы термодатчиков и получения корректных значений температуры процессоров разработчики материнских плат предусматривают тепловой контакт датчиков с корпусами процессоров.

Рис. 8.16. Внешний датчик температуры процессора для конструктива Slot 1

Рис. 8.17. Внешний датчик температуры процессора, установленный внутри Socket A

Аппаратные средства мониторинга (hardware monitoring), реализованные либо с помощью специализированных микросхем, либо встроенные в компоненты чипсета, и дополненные соответствующими датчиками, позволяют, как правило, только измерять заданные параметры.

Простой электронный термометр на однопереходном транзисторе

категория

Радиосхемы для дома

материалы в категории

И. Нечаев. г. Курск
Радио, 1992 год, № 8, стр 17- 18

В этой статье разговор пойдет о возможности конструировать приборы для измерения температуры на расстоянии- за переделами дома или, скажем, в балконном «овощехранилище».
Схем, позволяющих выполнять данную функцию, достаточно много, но есть определенные особенности при выборе термочувствительного датчика.

Как правило в большинстве случаев при конструировании подобных устройств чаще всего радиолюбителями применяются терморезисторы. Они обладают достаточно широким тепловым коэффициентом сопротивления (далее ТКС)- до 8% на градус. Однако он сильно изменяется в зоне измеряемых температур. Если для домашних термометров на этот факт можно и закрыть глаза, то если речь идет о широком диапазоне температур (например как в нашем случае- от — 40 град. С, до +40 град.С.) то возникают определенные проблемы с градуировкой измерительной шкалы прибора- она просто потеряет свою линейность.

Мы знаем также что и самый обычных p-n переход любого полупроводникового прибора может служить в качестве термодатчика, однако ТКН простого перехода очень мал- не более 0,3% на градус, и это требует введение дополнительных усилительных цепей, значительно что усложняет конструкцию.

Как показал опыт, для использования в качестве термодатчика лучше всего подходят однопереходные транзисторы типа КТ117 (они применялись в блоках питания телевизоров 2\3УСЦТ и найти их особого труда не составит) если его соединить как показано на картинке

В результате такого включения получим терморезистор сопротивлением 5… 10 кОм с КТС примерно 0,7…0,9% на градус С. При этом во всем диапазоне температур шкала прибора будет линейной. Это свойство однопереходного транзистора и позволило использовать его в качестве термодатчика в приборе, схема которого показана на рисунке

Основой рассматриваемого электронного термометра служит измерительный мост на резисторах R2- R5 в одно плечо которого включен однопереходный транзистор VT1. В диагональ моста установлен микроамперметр PA1 с нулем посередине. Источником питания может служить двухполупериодный выпрямитель- для этой цели в схему введен параметрический стабилизатор на транзисторе VT2 и стабилитроне VD1. Если прибор будет эксплуатироваться короткое время (включил, посмотрел, выключил) то тогда можно использовать и 9- ти Вольтовую батарею типа «Крона», в этом случае цепи стабилизации можно из схемы исключить.

Суть прибора заключается в следующем: все резисторы в схеме установлены постоянные, изменяемым является только лишь сопротивление термодатчика роль которого играет транзистор. При изменении температуры окружающей среды ток через термодатчик будет меняться. Причем меняться ток будет как в сторону увеличения при повышении температуры, так и в сторону уменьшения при уменьшении температуры.
Получается что остается только лишь при помощи подбора резисторов измерительного моста и регулировкой подстроечного резистора R1 установить показания стрелки прибора в нулевое положение при 0 градусов С.

При настройке прибора можно воспользоваться следующими рекомендациями- в качестве эталона «нулевой» температуры можно использовать тающий лед из холодильника. Получить температуру в 40… 50 градусов С. также труда не составит- можно просто нагреть духовку до нужной температуры. Таким образом можно установить нулевое положение прибора и максимальное положительное сделав соответствующие отметки на шкале. «Минусовую» отметку можно сделать на таком-же расстоянии как и «плюсовую» потому что шкала измерений будет линейна.

Все детали термометра монтируются на печатной плате из одностороннего фольгированного текстолита, эскиз которой показан на рисунке

Примерный внешний вид устройства показан ни следующем рисунке

Для данного термометра лучше всего подойдет микроамперметр типа М4206 на ток 50 мкА с нулем посередине шкалы. Если вдруг данного прибора в наличие не оказалось, то можно использовать любой другой микроамперметр на указанный ток (желательно с большой измерительной шкалой), но тогда в схему необходимо будет ввести дополнительную кнопку чтобы была возможность контролировать положительные и отрицательные температуры раздельно как показано на рисунке

Ну и под конец: при необходимости прибор можно снабдить несколькими термодатчиками, включив из по следующей схеме

Таким образом мы получим возможность контролировать температуру на нескольких объектах- например дома и на улице.

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

Простое термореле для кулера схема и описание. Управляем кулером (термоконтроль вентиляторов на практике)

Расшифровка пунктов меню

P0 — Режим работы С (охладитель) либо H (нагреватель), по умолчанию С
Фактически просто инвертирует логику работы термостата.
P1 — гистерезис переключения 0,1 — 15,0ºС, по умолчанию 2,0ºС
Несимметричный (в минус от уставки), позволяет снизить нагрузку на реле и исполнитель в ущерб точности поддержания температуры.
P2 — максимальная уставка температуры -45ºС 110ºС, по умолчанию 110ºС
Позволяет сузить диапазон уставки сверху
P3 — минимальная уставка температуры -50ºС 105ºС, по умолчанию -50ºС
Позволяет сузить диапазон уставки снизу
P4 — коррекция измеряемой температуры -7,0ºС 7,0ºС, по умолчанию 0,0ºС
Позволяет проводить простейшую калибровку для повышения точности измерения (только сдвиг характеристики).
P5 — задержка срабатывания в минутах 0-10мин, по умолчанию 0мин
Иногда необходима для задержки срабатывания исполнителя, критично например для компрессора холодильника.
P6 — ограничение отображаемой температуры сверху (перегрев) 0ºС-110ºС, по умолчанию OFF
Лучше без необходимости не трогать, т.к. при некорректной настройке дисплей будет постоянно отображать «—» в любом режиме и придётся скидывать настройки в состояние по умолчанию, для этого надо при очередном включении питания удерживать нажатыми кнопки + и -.
Все настройки сохраняются после отключения питания.

Принцип работы элементарно прост. Необходимо выставить температуру включения реле и значение гистерезиса, для отключения устройства.
Но перед этим нужно сделать калибровку. Для этого берем стакан холодный воды и лед.

Перемешиваем и опускаем туда термодатчик. В идеале на дисплее должна отобразится цифра равная нулю, если так, то дальнейшая калибровка не нужна, если же на дисплее число отличное от нуля, то записываем его и с помощью кнопок управления переходим в пункт меню P4, где необходимо установить значение полученной погрешности. В моем случае термодатчик выдал температуру в +1.2 градуса, значит выставляем погрешность -1.2 градуса.

Для проверки калибровки проделываем еще один перетест.
Теперь можно приступить к замерам температуры в корпусе.
Для этого, с помощью двухстороннего скотча, я приклеил термодатчик на радиатор видеокарты, именно от ее температуры и будет зависеть работа вентиляторов.

При желании можно закрепить на радиаторе процессора, или просто удобно разместить в корпусе системного блока, все зависит от конкретно ваших потребностей. Я же хотел автоматический запуск вентиляторов только тогда, когда нагружена видеокарта.
После установки датчика запускаем стресс-тест видеокарты, и смотрим за показаниями температуры ядра видеочипа и показаниями температуры термостата на поверхности радиатора.
Проделываем еще один тест, но уже без нагрузки на видеокарту, то есть обычные повседневные задачи.
Сверяем полученные значения и делаем выводы.
В моем случае, максимальная температура видеоядра составляла 60 градусов (+ -), при этом температура на термостате была в пределах 46-47 градусов.

В обычном рабочем режиме температура на поверхности радиатора около 27 градусов.

В итоге я решил, для запуска термостата выставить температуру в 31 градус.

А в пункте P1 оставил значение гистерезиса по умолчание, то есть равное 2-ум градусам. Это означает, что как только температура на поверхности радиатора видеокарты поднимется до значения 31 градус — реле сработает и запустит вентиляторы охлаждения. После того, как температура упадет на 2 градуса ниже заданного значения, то есть до 29 градусов, реле разомкнется и отключит дополнительные вентиляторы.
Всё просто.

После всех замеров и настроек, монтируем термостат в удобное место, подключаем питание и вентиляторы. Для этого я заранее подготовил два молекс разъема (папа и мама) и небольшую перемычку. У каждого разъема только два контакта +12В и земля.

Соединить все это необходимо следующим образом.
Разъем папа:
+12В в колодку +12В;
Земля в колодку GND;
Разъем мама:
+12В в колодку K0;
Земля в колодку GND;
Перемычка ставится между +12В и K1.
Папу подключаем к блоку питания, а маму к вентиляторам.

Спасибо всем, кто дочитал мой обзор до конца. Если остались вопросы, то пишите их в комментариях, обязательно постараюсь всем ответить.

Ну и посмотрите видео, тут наглядно показан весь процесс.

Всем удачи и всем пока.

Планирую купить +59 Добавить в избранное Обзор понравился +54 +117

Тем, кто использует компьютер каждый день (и особенно каждую ночь), очень близка идея Silent PC. Этой теме посвящено много публикаций, однако на сегодняшний день проблема шума, производимого компьютером, далека от решения. Одним из главных источников шума в компьютере является процессорный кулер.

При использовании программных средств охлаждения, таких как CpuIdle, Waterfall и прочих, или же при работе в операционных системах Windows NT/2000/XP и Windows 98SE средняя температура процессора в Idle-режиме значительно понижается. Однако вентилятор кулера этого не знает и продолжает трудиться в полную силу с максимальным уровнем шума. Конечно, существуют специальные утилиты (SpeedFan, например), которые умеют управлять оборотами вентиляторов. Однако работают такие программы далеко не на всех материнских платах. Но даже если и работают, то, можно сказать, не очень разумно. Так, на этапе загрузки компьютера даже при относительно холодном процессоре вентилятор работает на своих максимальных оборотах.

Выход из положения на самом деле прост: для управления оборотами крыльчатки вентилятора можно соорудить аналоговый регулятор с отдельным термодатчиком, закрепленным на радиаторе кулера. Вообще говоря, существует бесчисленное множество схемотехнических решений для таких терморегуляторов. Но нашего внимания заслуживают две наиболее простых схемы термоконтроля, с которыми мы сейчас и разберемся.

Описание

Если кулер не имеет выхода таходатчика (или же этот выход просто не используется), можно построить самую простую схему, которая содержит минимальное количество деталей (рис. 1).

Рис. 1. Принципиальная схема первого варианта терморегулятора

Ещё со времен «четверок» использовался регулятор, собранный по такой схеме. Построен он на основе микросхемы компаратора LM311 (отечественный аналог — КР554СА3). Несмотря на то, что применен компаратор, регулятор обеспечивает линейное, а не ключевое регулирование. Может возникнуть резонный вопрос: «Как так получилось, что для линейного регулирования применяется компаратор, а не операционный усилитель?». Ну, причин этому есть несколько. Во-первых, данный компаратор имеет относительно мощный выход с открытым коллектором, что позволяет подключать к нему вентилятор без дополнительных транзисторов. Во-вторых, благодаря тому, что входной каскад построен на p-n-p транзисторах, которые включены по схеме с общим коллектором, даже при однополярном питании можно работать с низкими входными напряжениями, находящимися практически на потенциале земли. Так, при использовании диода в качестве термодатчика нужно работать при потенциалах входов всего 0.7 В, что не позволяют большинство операционных усилителей. В-третьих, любой компаратор можно охватить отрицательной обратной связью, тогда он будет работать так, как работают операционные усилители (кстати, именно такое включение и использовано).

В качестве датчика температуры очень часто применяют диоды. У кремниевого диода p-n переход имеет температурный коэффициент напряжения примерно -2.3 мВ/°C, а прямое падение напряжения — порядка 0.7 В. Большинство диодов имеют корпус, совсем неподходящий для их закрепления на радиаторе. В то же время некоторые транзисторы специально приспособлены для этого. Одними из таких являются отечественные транзисторы КТ814 и КТ815. Если подобный транзистор привинтить к радиатору, коллектор транзистора окажется с ним электрически соединенным. Чтобы избежать неприятностей, в схеме, где этот транзистор используется, коллектор должен быть заземлен. Исходя из этого, для нашего термодатчика нужен p-n-p транзистор, например, КТ814.

Можно, конечно, просто использовать один из переходов транзистора как диод. Но здесь мы можем проявить смекалку и поступить более хитро:) Дело в том, что температурный коэффициент у диода относительно низкий, а измерять маленькие изменения напряжения достаточно тяжело. Тут вмешиваются и шумы, и помехи, и нестабильность питающего напряжения. Поэтому часто, для того чтобы повысить температурный коэффициент датчика температуры, используют цепочку последовательно включенных диодов. У такой цепочки температурный коэффициент и прямое падение напряжения увеличиваются пропорционально количеству включенных диодов. Но ведь у нас не диод, а целый транзистор! Действительно, добавив всего два резистора, можно соорудить на транзисторе двухполюсник, поведение которого будет эквивалентно поведению цепочки диодов. Что и сделано в описываемом терморегуляторе.

Температурный коэффициент такого датчика определяется отношением резисторов R2 и R3 и равен T cvd *(R3/R2+1), где T cvd — температурный коэффициент одного p-n перехода. Повышать отношение резисторов до бесконечности нельзя, так как вместе с температурным коэффициентом растет и прямое падение напряжения, которое запросто может достигнуть напряжения питания, и тогда схема работать уже не будет. В описываемом регуляторе температурный коэффициент выбран равным примерно -20 мВ/°C, при этом прямое падение напряжения составляет около 6 В.

Датчик температуры VT1R2R3 включен в измерительный мост, который образован резисторами R1, R4, R5, R6. Питается мост от параметрического стабилизатора напряжения VD1R7. Необходимость применения стабилизатора вызвана тем, что напряжение питания +12 В внутри компьютера довольно нестабильное (в импульсном источнике питания осуществляется лишь групповая стабилизация выходных уровней +5 В и +12 В).

Напряжение разбаланса измерительного моста прикладывается к входам компаратора, который используется в линейном режиме благодаря действию отрицательной обратной связи. Подстроечный резистор R5 позволяет смещать регулировочную характеристику, а изменение номинала резистора обратной связи R8 позволяет менять ее наклон. Емкости C1 и C2 обеспечивают устойчивость регулятора.

Смонтирован регулятор на макетной плате, которая представляет собой кусочек одностороннего фольгированного стеклотекстолита (рис.2).

Рис. 2. Монтажная схема первого варианта терморегулятора

Для уменьшения габаритов платы желательно использовать SMD-элементы. Хотя, в принципе, можно обойтись и обычными элементами. Плата закрепляется на радиаторе кулера с помощью винта крепления транзистора VT1. Для этого в радиаторе следует проделать отверстие, в котором желательно нарезать резьбу М3. В крайнем случае, можно использовать винт и гайку. При выборе места на радиаторе для закрепления платы нужно позаботиться о доступности подстроечного резистора, когда радиатор будет находиться внутри компьютера. Таким способом можно прикрепить плату только к радиаторам «классической» конструкции, а вот крепление ее к радиаторам цилиндрической формы (например, как у Orb-ов) может вызвать проблемы. Хороший тепловой контакт с радиатором должен иметь только транзистор термодатчика. Поэтому если вся плата целиком не умещается на радиаторе, можно ограничится установкой на нем одного транзистора, который в этом случае подключают к плате с помощью проводов. Саму плату можно расположить в любом удобном месте. Закрепить транзистор на радиаторе несложно, можно даже просто вставить его между ребер, обеспечив тепловой контакт с помощью теплопроводящей пасты. Еще одним способом крепления является применение клея с хорошей теплопроводностью.

При установке транзистора термодатчика на радиатор, последний оказывается соединенным с землей. Но на практике это не вызывает особых затруднений, по крайней мере, в системах с процессорами Celeron и PentiumIII (часть их кристалла, соприкасающаяся с радиатором, не имеет электрической проводимости).

Электрически плата включается в разрыв проводов вентилятора. При желании можно даже установить разъемы, чтобы не разрезать провода. Правильно собранная схема практически не требует настройки: нужно лишь подстроечным резистором R5 установить требуемую частоту вращения крыльчатки вентилятора, соответствующую текущей температуре. На практике у каждого конкретного вентилятора существует минимальное напряжение питания, при котором начинает вращаться крыльчатка. Настраивая регулятор, можно добиться вращения вентилятора на минимально возможных оборотах при температуре радиатора, скажем, близкой к окружающей. Тем не менее, учитывая то, что тепловое сопротивление разных радиаторов сильно отличается, может потребоваться корректировка наклона характеристики регулирования. Наклон характеристики задается номиналом резистора R8. Номинал резистора может лежать в пределах от 100 К до 1 М. Чем больше этот номинал, тем при более низкой температуре радиатора вентилятор будет достигать максимальных оборотов. На практике очень часто загрузка процессора составляет считанные проценты. Это наблюдается, например, при работе в текстовых редакторах. При использовании программного кулера в такие моменты вентилятор может работать на значительно сниженных оборотах. Именно это и должен обеспечивать регулятор. Однако при увеличении загрузки процессора его температура поднимается, и регулятор должен постепенно поднять напряжение питания вентилятора до максимального, не допустив перегрева процессора. Температура радиатора, когда достигаются полные обороты вентилятора, не должна быть очень высокой. Конкретные рекомендации дать сложно, но, по крайней мере, эта температура должна «отставать» на 5 — 10 градусов от критической, когда уже нарушается стабильность системы.

Да, еще один момент. Первое включение схемы желательно производить от какого-либо внешнего источника питания. Иначе, в случае наличия в схеме короткого замыкания, подключение схемы к разъему материнской платы может вызвать ее повреждение.

Теперь второй вариант схемы. Если вентилятор оборудован таходатчиком, то уже нельзя включать регулирующий транзистор в «земляной» провод вентилятора. Поэтому внутренний транзистор компаратора здесь не подходит. В этом случае требуется дополнительный транзистор, который будет производить регулирование по цепи +12 В вентилятора. В принципе, можно было просто немного доработать схему на компараторе, но для разнообразия была сделана схема, собранная на транзисторах, которая оказалась по объему даже меньше (рис. 3).

Рис. 3. Принципиальная схема второго варианта терморегулятора

Поскольку размещенная на радиаторе плата нагревается вся целиком, то предсказать поведение транзисторной схемы довольно сложно. Поэтому понадобилось предварительное моделирование схемы с помощью пакета PSpice. Результат моделирования показан на рис. 4.

Рис. 4. Результат моделирования схемы в пакете PSpice

Как видно из рисунка, напряжение питания вентилятора линейно повышается от 4 В при 25°C до 12 В при 58°C. Такое поведение регулятора, в общем, соответствует нашим требованиям, и на этом этап моделирования был завершен.

Принципиальные схемы этих двух вариантов терморегулятора имеют много общего. В частности, датчик температуры и измерительный мост совершенно идентичны. Разница заключается лишь в усилителе напряжения разбаланса моста. Во втором варианте это напряжение поступает на каскад на транзисторе VT2. База транзистора является инвертирующим входом усилителя, а эмиттер — неинвертирующим. Далее сигнал поступает на второй усилительный каскад на транзисторе VT3, затем на выходной каскад на транзисторе VT4. Назначение емкостей такое же, как и в первом варианте. Ну, а монтажная схема регулятора показана на рис. 5.

Рис. 5. Монтажная схема второго варианта терморегулятора

Конструкция аналогична первому варианту, за исключением того, что плата имеет немного меньшие размеры. В схеме можно применить обычные (не SMD) элементы, а транзисторы — любые маломощные, так как ток, потребляемый вентиляторами, обычно не превышает 100 мА. Замечу, что эту схему можно использовать и для управления вентиляторами с большим значением потребляемого тока, но в этом случае транзистор VT4 необходимо заменить на более мощный. Что же касается вывода тахометра, то сигнал тахогенератора TG напрямую проходит через плату регулятора и поступает на разъем материнской платы. Методика настройки второго варианта регулятора ничем не отличается от методики, приведенной для первого варианта. Только в этом варианте настройку производят подстроечным резистором R7, а наклон характеристики задается номиналом резистора R12.

Выводы

Практическое использование терморегулятора (совместно с программными средствами охлаждения) показало его высокую эффективность в плане снижения шума, производимого кулером. Однако и сам кулер должен быть достаточно эффективным. Например, в системе с процессором Celeron566, работающем на частоте 850 МГц, боксовый кулер уже не обеспечивал достаточной эффективности охлаждения, поэтому даже при средней загрузке процессора регулятор поднимал напряжение питания кулера до максимального значения. Ситуация исправилась после замены вентилятора на более производительный, с увеличенным диаметром лопастей. Сейчас полные обороты вентилятор набирает только при длительной работе процессора с практически 100% загрузкой.

Tillmann Steinbrecher

Основная проблема воздушного охлаждения ПК- шум. При увеличении скорости вентиляторов увеличивается и шум. Шум раздражает, отрицательно влияет на наше здоровье и производительность.

Так почему бы не начать бороться с ним? Решение — терморегулятор. В большинстве ПК вентиляторы вращаются с максимальной скоростью, вне зависимости от загруженности процессора и внешней температуры. Современные вентиляторы ПК имеют встроенные терморегуляторы, впрочем как и некоторые материнские платы.

Идея использования терморегулятора сама по себе не нова, сейчас вентиляторы с функцией терморегуляции довольно распространены. К сожалению, большинство из них имеют свои недостатки:

Температура процессора устанавливается автоматически. Недостатком такого подхода является отсутствие возможности подстройки вентилятора под конкретную модель процессора (рабочие температуры разных процессоров отличаются). Очевидно, что такие вентиляторы совершенно не подходят для overclocking»a.
Большинство вентиляторов регулируют скорость вращения лопастей, однако не могут отключиться полностью. Это особо актуально для вентиляторов, используемых в корпусах ПК. К тому же существуют процессоры, которые при отсутствии загрузки вообще не требуют охлаждения.
Каждый вентилятор требует отдельный сенсор. Поэтому наилучшим решением будет создать терморегулятор для вентилятора самостоятельно.

За смешную цену в 4$, терморегулятор будет иметь следующие особенности:

Возможность подстройки температуры пользователем.Настройка температуры сможет производиться в большом диапазоне, поэтому терморегулятор можно будет применять как для вентиляторов, используемых в корпусе ПК, так и для вентиляторов, используемых с процессором.
Вентилятор отключается, если температура достигает определенного минимума.
Возможность одновременного использования одного сенсора с несколькими вентиляторами. Итак, теперь, покончив с теорией, можно приступать непосредственно к сборке устройства.

Нам понадобиться всего лишь три (!) элемента:

Силовой MOSFET транзистор (N канальный)
Потенциометр 10 кОм
Сенсор температуры NTC с сопротивление в 10 кОм (термистор)

Достать любой элемент не составит никакого труда. Особых требований к MOSFET»у нет — напряжение более 12 В. Собирая устройство, был использован IRFZ24N MOSFET 12 В и 10 А. Для жителей США — IFR510 Power MOSFET.

Потенциометр — любой. И наконец, NTC термистор. Вы можете использовать любой термистор, единственные параметры — сопротивление (10 кОм) и цена (минимальная).

Возможно, вам понадобятся:

Макетная плата. Необязательна, но для удобства все же стоит воспользоваться.
Радиатор для транзистора. В нормальных условиях необязателен, однако при использовании более трех вентиляторов, все — же придется установить.

Предупреждения!!!

Убедитесь, что вы хорошо изолировали устройство. Не допускайте контакта устройства с корпусом и др. элементами ПК. Измерение скорости вентилятора не будет работать. Не пытайтесь подключить провод сигнала к материнской плате — это может повредить ее. Теперь необходимо настроить терморегулятор. Для этого включаем «холодный» компьютер.

Регулируем сопротивление потенциометра и устанавливаем его на значении, при котором лопасти вентилятора не вращаются. Когда температура начинает приближаться к максимальной уменьшаем сопротивление до того как вентилятор начинает слабо вращаться. Не жалейте времени настраивая нужное сопротивление, т.к. от этого зависит эффективность всего устройства. Если настройки неправильны компьютер перегреется или же вентилятора будут работать на максимальной мощности все время. Если вы добавили дополнительный вентилятор необходимо настроить терморегулятор заново.

Внимание!
Вы собираете это устройство на свой страх и риск, автор не несет никакой ответственности за последствия использования этого устройства.

Не так давно попался в руки блок питания Enhance P520N от домашнего компьютера. Помимо основной платы блока питания, в ней обнаружилась еще небольшое устройство. Это был терморегулятор скорости вращения вентилятора. Схема простенькая, содержит всего два транзистора, четыре резистора, диод и конденсатор. Схема устройства показана на рисунке 1.

Данный регулятор можно применять не только для блоков питания, но и в усилителях мощности низкой частоты, сварочных аппаратах, мощных преобразователях, регуляторах мощности и т.д. Зачем зря жужжать, если все ПП (полупроводниковые приборы) холодные. Диод VD1, стоящий на плате и в указанной схеме по всей вероятности нужен только в конкретном ИИП, поэтому его можно убрать. На плате стоит диод 1N4002. Первый транзистор можно заменить на отечественный — КТ3102. Импортный транзистор C1384 по документации рассчитан на ток коллектора 1А, напряжение коллектор-эмиттер 60В, постоянная рассеиваемая мощность коллектора 1 ватт. Можно попробовать заменить на наш КТ814 с любой буквой или на КТ972. Электролитический конденсатор должен быть на напряжение 16 вольт.

Начальную скорость вращения вентилятора выбирают изменением величины сопротивления резистора R1. Схема работает следующим образом. Когда температура внутри контролируемого объема или непосредственно теплоотвода ПП невысокая, то транзистор VT2 призакрыт и вентилятор имеет не большую скорость вращения. При увеличении температуры начинает уменьшаться сопротивление терморезистора Rt, что в свою очередь приведет к уменьшению напряжения на базе VT1, начнет уменьшаться и ток коллектора этого транзистора. Уменьшение тока через первый транзистор приведет к увеличению тока база-эмиттер второго транзистора VT2 (уменьшится шунтирующее действие транзистора VT1 на переход база-эмиттер VT2). Транзистор VT2 начнет открываться, напряжение на вентиляторе начнет возрастать, Скорость его вращения увеличится.
Для большей универсальности в схему можно ввести стабилизатор напряжения, например, КР142ЕН8Б. У этой микросхемы максимальное входное напряжение во всем диапазоне температур равно 35 вольт.
Вид платы показан на фото 1, а рисунок печатной платы на рисунке 2.

Терморегуляторы широко используются в современных бытовых приборах, автомобилях, системах отопления и кондиционирования, на производстве, в холодильном оборудовании и при работе печей. Принцип действия любого терморегулятора основан на включении или выключении различных приборов после достижения определенных значений температуры.

Современные цифровые терморегуляторы управляются при помощи кнопок: сенсорных или обычных. Многие модели также оснащены цифровой панелью, на которой отображается заданная температура. Группа программируемых терморегуляторов является самой дорогостоящей. С помощью прибора можно предусмотреть изменение температуры по часам или задать необходимый режим на неделю вперед. Управлять прибором можно дистанционно: через смартфон или компьютер.

Для сложного технологического процесса, например, сталеплавильной печи, сделать терморегулятор своими руками – задача довольно непростая, которая требует серьезных знаний. Но собрать небольшое устройство для кулера или инкубатора под силу любому домашнему мастеру.

Для того, чтобы понять, как работает регулятор температуры, рассмотрим простое устройство, которое используется для открывания и закрывания заслонки шахтового котла и срабатывает при нагреве воздуха.

Для работы устройства были использованы 2 алюминиевые трубы, 2 рычага, пружина для возврата, цепочка, которая идет к котлу, и регулировочный узел в виде кран-буксы. Все комплектующие были смонтированы на котел.

Как известно, коэффициент линейного теплового расширения алюминия составляет 22х10-6 0С. При нагревании алюминиевой трубы длиной полтора метра, шириной 0,02 м и толщиной 0,01 м до 130 градусов Цельсия происходит удлинение на 4,29 мм. При нагреве трубы расширяются, за счет этого происходит смещение рычагов, и заслонка закрывается. При остывании трубы уменьшаются в длине, а рычаги открывают заслонку. Основной проблемой при использовании данной схемы является то, что точно определить порог срабатывания терморегулятора очень сложно. Сегодня предпочтение отдается устройствам на основе электронных элементов.

Схема работы простого терморегулятора

Обычно для поддержания заданной температуры используются схемы на основе реле. Основными элементами, входящими в данное оборудование, являются:

температурный датчик;
пороговая схема;
исполнительное или индикаторное устройство.

В качестве датчика можно использовать полупроводниковые элементы, термисторы, термометры сопротивления, термопары и биметаллические термореле.

Схема терморегулятор реагирует на превышения параметра над заданным уровнем и включает исполнительное устройство. Самым простым вариантом такого прибора является элемент на биполярных транзисторах. Термореле выполнено на основе триггера Шмидта. В роли датчика температуры выступает терморезистор – элемент, сопротивление которого изменяется в зависимости от повышения или понижения градусов.

R1 – это потенциометр, который устанавливает начальное смещение на терморезисторе R2 и потенциометре R3. За счет регулировки происходит срабатывание исполнительного устройства и коммутации реле K1, когда сопротивление терморезистора изменяется. При этом рабочее напряжение реле должно соответствовать рабочему питанию оборудования. Чтобы защитить выходной транзистор от импульсов напряжения, параллельно подсоединен полупроводниковый диод. Величина нагрузки подключаемого элемента зависит от максимального тока электромагнитного реле.

Внимание! В интернете можно увидеть картинки с чертежами термостата для разного оборудования. Но довольно часто изображение и описание не соответствуют друг другу. Иногда на рисунках могут быть представлены просто другие устройства. Поэтому изготовление можно начинать только после тщательного изучения всей информации.

Перед началом работ следует определиться с мощностью будущего терморегулятора и температурным диапазоном, в котором предстоит ему работать. Для холодильника потребуются одни элементы, а для отопления –другие.

Терморегулятор на трех элементах

Одним из элементарных устройств, на примере которого можно собрать и понять принцип работы, является простой терморегулятор своими руками, предназначенный для вентилятора в ПК. Все работы производятся на макетной плате. Если же существуют проблемы с пальником, то можно взять беспаечную плату.

Схема терморегулятор в этом случае состоит всего лишь из трех элементов:

силового транзистора MOSFET (N канальный), можно использовать IRFZ24N MOSFET 12 В и 10 А или IFR510 Power MOSFET;
потенциометра 10 кОм;
NTC термистора в 10 кОм, который будет выполнять роль сенсора температуры.

Термодатчик реагирует на повышение градусов, за счет чего срабатывает вся схема, и вентилятор включается.

Теперь переходим к настройке. Для этого включаем компьютер и регулируем потенциометр, задавая значение для выключенного вентилятора. В тот момент, когда температура приближается к критической, максимально уменьшаем сопротивление до того, как лопасти будут вращаться очень медленно. Лучше сделать настройку несколько раз, чтобы убедиться в эффективности работы оборудования.

Современная электронная промышленность предлагает элементы и микросхемы, значительно отличающиеся по виду и техническим характеристикам. У каждого сопротивления или реле есть несколько аналогов. Необязательно использовать только те элементы, которые указаны в схеме, можно брать и другие, совпадающие по параметрам с образцами.

Терморегуляторы для котлов отопления

При регулировке отопительных систем важно точно откалибровать прибор. Для этого потребуется измеритель напряжения и тока. Для создания работающей системы можно воспользоваться следующей схемой.

С помощью этой схемы можно создать наружное оборудование для контроля за твердотопливным котлом. Роль стабилитрона здесь выполняет микросхема К561ЛА7. Работа устройства основана на способности терморезистора уменьшать сопротивление при нагреве. Резистор подключается в сеть делителя напряжения электричества. Необходимую температуру можно задать с помощью переменного резистора R2. Напряжение поступает на инвертор 2И-НЕ. Полученный ток подается на конденсатор С1. К 2И-НЕ, который контролирует работу одного триггера, подключен конденсатор. Последний соединен со вторым триггером.

Контроль температуры идет по следующей схеме:

при понижении градусов напряжение в реле растет;
при достижении определенного значения вентилятор, который соединен с реле, выключается.

Напайку лучше производить на слепыше. В качестве элемента питания можно взять любое устройство, работающее в пределах 3-15 В.

Осторожно! Установка самодельных приборов любого назначения на системы отопления может привести к выходу из строя оборудования. Более того, использование подобных устройств может быть запрещено на уровне служб, осуществляющих подвод коммуникаций в вашем доме.

Цифровой терморегулятор

Для того чтобы создать полноценно функционирующий терморегулятор с точной калибровкой, без цифровых элементов не обойтись. Рассмотрим прибор для контроля температур в небольшом хранилище для овощей.

Основным элементом здесь является микроконтроллер PIC16F628A. Эта микросхема обеспечивает управление разными электронными устройствами. В микроконтроллере PIC16F628A собраны 2 аналоговых компаратора, внутренний генератор, 3 таймера, модули сравнения ССР и обмена передачи данных USART.

При работе терморегулятора значение существующей и заданной температуры подается на MT30361 – трехразрядный индикатор с общим катодом. Для того чтобы задать необходимую температуру, используются кнопки: SB1 – для уменьшения и SB2 – для увеличения. Если проводить настойку с одновременным нажатием кнопки SB3, то можно установить значения гистерезиса. Минимальным значением гистерезиса для этой схемы является 1 градус. Подробный чертеж можно увидеть на плане.

При создании любого из устройств важно не только правильно спаять саму схему, но и продумать, как лучше разместить оборудование. Необходимо, чтобы сама плата была защищена от влаги и пыли, иначе не избежать короткого замыкания и выхода из строя отдельных элементов. Также следует позаботиться об изоляции всех контактов.

Видео

Как получить датчик температуры от транзистора?

Температура оказывает значительное влияние на электронные изделия. Это влияет как на производительность системы, так и на ожидаемый срок службы компонентов. С увеличением плотности схем в тех же или часто меньших корпусах, проблемы с температурой могут только увеличиваться — даже с компенсирующим влиянием компонентов все более низкого энергопотребления. Измерение температуры может позволить электронной системе компенсировать ее влияние и предотвратить серьезные проблемы с перегревом.

Датчики температуры легко изготавливаются с использованием технологии обработки полупроводников с использованием температурных характеристик PN-перехода. Как отмечено в «Термометры полупроводниковых соединений» в Справочнике по измерениям, контрольно-измерительным приборам и датчикам , второе издание, , «Пакетная обработка и четко определенные производственные процессы, связанные с полупроводниковой технологией, обеспечивают низкую стоимость и неизменно высокое качество датчиков температуры». Как неотъемлемый аспект определяющих уравнений транзистора, температурная чувствительность PN перехода вполне предсказуема и очень линейна в типичном рабочем диапазоне полупроводников от -55 до + 150 ° C.

В дополнение к PN-переходу в диоде датчик температуры полупроводникового перехода может быть получен путем короткого замыкания перехода коллектор-база биполярного транзистора для создания диода. Когда через переход база-эмиттер проходит постоянный ток, он создает напряжение между базой и эмиттером (Vbe), которое является линейной функцией абсолютной температуры. Общее прямое падение напряжения имеет температурный коэффициент примерно 2 мВ / ° C.

Зависимость напряжения полупроводникового датчика от температуры гораздо более линейна, чем у термопары или резистивного датчика температуры (RTD).Однако температурный коэффициент полупроводникового датчика больше (но все же довольно мал) по сравнению с термопарой или RTD. В конструкции интегральной схемы могут быть добавлены компенсация, а также усиление и другие аспекты взаимодействия с системой, включая диагностику, цифровой выход и многое другое.

Дополнительные схемы, такие как усиление и компенсация, могут быть легко добавлены к датчику температуры транзистора.

диодов — Можно ли использовать любой BJT для измерения температуры?

Вы можете использовать многие (но не или ) типы BJT и получить хорошие результаты.Для этого типа схемы \ $ \ Delta \ $ — Vbe вы должны использовать , а не общие детали, такие как диоды или выпрямители 1N400x 1N4148, 1N914, РЧ-биполярные транзисторы, германиевые транзисторы OC71 или массивные силовые транзисторы 2N3055.

Принцип измерения здесь состоит в том, чтобы измерить разности в прямом падении диодно-подключенного транзистора при двух токах, возможно, с разницей в декаду, что гораздо более предсказуемо, чем простое измерение Vbe. Разница имеет четко определенное поведение, и нескорректированная ошибка может быть менее 1 ° C даже для случайных (подходящих) транзисторов.Это невозможно при простом измерении Vbe, и, конечно же, всегда, , хочет избежать индивидуальной калибровки.

Компромисс заключается в большей сложности (все на одной микросхеме, поэтому не ваша проблема) и примерно 1/10 чувствительности по напряжению (больше похоже на -200 мкВ / ° C, чем на -2 мВ / ° C, о которых все знают), что требует Схема авто-нуля на микросхеме.

Транзистор с диодным соединением ведет себя гораздо больше как идеальный диод , чем, скажем, 1N4148.В частности, коэффициент идеальности \ $ n \ $ равен 1 (обычно что-то вроде 1,004 для 2N3904), а не где-то между 1 и 2. По этой причине вы также найдете транзисторы с диодным соединением, используемые в логарифмических и антилогарифмических схемах.

\ $ \ Delta V_ {BE} = n \ frac {kT} {q} \ ln (\ frac {I_ {HIGH}} {I_ {LOW}}) \

Если \ $ n \ $ = 1.0, kT / q = T * 8.61E-5, Ihigh / Ilow = 10, то

\ $ \ Delta V_ {BE} = 198 \ mu \ $ V / ° C

Использование диода даст вам ошибку 50-100%. При абсолютной температуре.

Другим фактором, влияющим на точность такой схемы, является сопротивление базы. Чтобы свести к минимуму эту ошибку, используйте транзистор средней мощности, такой как 2N4401 или 2N4403 или 2SC1815 или C8050 и т. Д. И т. Д. (PNP или NPN будут работать, поскольку это двухпроводное соединение). Конечно, только кремниевые. Вы можете использовать транзистор более высокой мощности, если хотите, чтобы язычок закрывался болтами, но утечка может начать влиять на измерения при очень высоких температурах.

Двухтранзисторный датчик температуры — Электротехнический стек

Фон

Я подумывал сделать датчик температуры на некоторых NPN транзисторах.Я прочитал страницу Википедии о кремниевых датчиках температуры с шириной запрещенной зоны (нельзя использовать более двух ссылок …) и эту статью от Analog Devices, Inc., которая, как мне кажется, аккуратно объясняет, как два или более транзистора могут использоваться для измерения температуры. Еще одна ссылка —

Основная идея заключается в том, что напряжение база-эмиттер V_BE может быть связано с температурой через.

V_BE = kT / q ln (I_C / I_s)

Итак, для двух транзисторов.

V_BE1 = kT / q ln (I_C1 / I_s1) V_BE2 = kT / q ln (I_C2 / I_s2)

Для двух согласованных транзисторов, как в интегральной схеме, я должен иметь I_s = I_s1 = I_s2.Далее, если брать разницу этих двух.

V_BE1 — V_BE2 = kT / q ln (I_C1 / I_s) — kT / q ln (I_C2 / I_s)

Применяя тот факт, что разница между двумя логарифмами ln (x) — ln (y) = ln (x / y),

V_BE1 — V_BE2 = kT / q ln ([I_C1 / I_s] / [I_C2 / I_s])

А это равно

V_BE1 — V_BE2 = kT / q ln ([I_C1] / [I_C2])

Итак, разница в напряжениях база-эмиттер даст мне температуру, умноженную на константу.

V_BE1 — V_BE2 = [k / q ln (I_C1 / I_C2)] T

Я сделал следующую схему.Поскольку VB1 = VB2, VBE1 — VBE2 должны равняться VE1 — VE2, я измерил напряжения VE1 и VBE2.

Схема

^{смоделировать эту схему — Схема создана с помощью CircuitLab}

Данные

Теперь, когда канал 2 находится на RE1, а канал 3 — на RE2, мой осциллограф показывает следующее.

Я также использовал утилиту MEASURE осциллографа, чтобы определить, что VE1 в среднем составлял около 1,88 вольт, а VE2 — около 1,76 вольт.Я также измерил это с помощью своего цифрового мультиметра и обнаружил, что напряжения колеблются, но однажды я измерил 1,909 вольт на VE1 и 1,782 вольт на VE2. Фактические значения сопротивления RE1 и RE2 составляют 98,4 кОм и 1,01 кОм соответственно.

Итак, I_C1 = VE1 / RE1 и I_C2 = VE2 / RE2.

Проблема

Теперь, если я буду строго следовать уравнению

V_BE1 — V_BE2 = [k / q ln (I_C1 / I_C2)] T

, где k — постоянная Больцмана, q — элементарный заряд (заряд электрона), а I_C1 и I_C2 — токи коллектора транзистора 1 и 2 соответственно, я должен получить показания температуры для T.

T = (V_BE1 — V_BE2) * 1 / [k / q ln (I_C1 / I_C2)]

Я получаю абсурдные показания температуры, например -5415,135

0602 градуса Цельсия, или если я переворачиваю значения для I_C1 и I_C2, я получаю 5415,135

0602 градуса Цельсия.

Что-то мне не хватает? Спасибо!

Двухцентровые датчики температуры | Hackaday

Когда им нужно добавить в проект контроль температуры, многие хакеры берут термопару K-типа для своих высокотемпературных нужд или интегрированную термочувствительную ИС, когда она не так сильно нагревается.Термопара использует очень малые токи и чрезвычайно высокое усиление, и вам в значительной степени понадобится специальная ИС для ее считывания, что может быть дорогостоящим. Микросхемы не такие дорогие, но в основном они рассчитаны на кипячение воды. Что делать, если вы хотите управлять печью оплавления?

Есть более дешевый способ, охватывающий диапазон между антарктической зимой и расплавленным припоем, и у вас, вероятно, уже есть детали на вашей полке. Даже если вы этого не сделаете, вам потребуется всего лишь два дополнительных цента, если у вас уже есть микроконтроллер с АЦП в вашем проекте.Спецификация: простой диод и резистор.

За последний год я использовал диоды в качестве датчиков температуры в трех проектах: один — это устройство для обжарки кофе, которое нагревает зерна до 220 ° C горячим воздухом, другое — конфорка оплавления, максимальная температура которой составляет около 210 ° C, и третий — утюг с переносом тонера, который сохраняет очень стабильную температуру 130 ° C. Во всех этих случаях меня не волнует фактическое числовое значение температуры — все, что имеет значение, — это воспроизводимость, поэтому я никогда не утруждал себя калибровкой.Я подумал, что сделаю это правильно для Hackaday и попробую довести скромный диод до предела для науки.

В результате произошел пожар на печатной плате, тестовые схемы распаялись при температуре выше 190 ° C, отсоединились датчики температуры и, наконец, сломалась формовочная машина и арахисовое масло 200 ° C по всему моему столу. Веселые времена! С другой стороны, мне удалось получить достаточно данных для калибровки некоторых диодов, и результаты просто фантастические. Тестируемые схемы включали в себя как лучшие практики, так и самое простое, что могло работать, и результаты довольно близки.Это определенно метод, который вы хотите иметь под рукой для большинства температурных диапазонов. Дьявол, конечно, кроется в деталях, так что читайте дальше!

Диоды

Мы все знаем, что такое прямое падение напряжения на обычном кремниевом диоде, верно? 0,6 В или 0,7 В или около того, и этого достаточно для множества вычислений с помощью салфетки. Но это падение напряжения зависит от двух основных факторов: тока, протекающего через диод, и температуры. Если вы удерживаете фиксированный ток и считываете прямое напряжение, у вас есть датчик температуры.Хотя он может немного отличаться в зависимости от диода, рассчитайте для отклика -2 мВ / ° C.

Удерживать постоянный ток можно так же просто, как использовать резистор: поскольку прямое напряжение диода не сильно меняется, ток через резистор почти постоянный. Все, что вам нужно сделать, это выбрать подходящее сопротивление резистора. Следующим шагом будет создание источника постоянного тока из двух транзисторов. Здесь я тестирую оба этих метода.

Но это не новость.Следующим шагом по сложности, используемым в большинстве термочувствительных микросхем IC, является «кремниевый датчик температуры запрещенной зоны». Вместо диода используются два транзистора, а синфазные недостатки компенсируются операционным усилителем. Это отлично работает в ИС, где два транзистора могут быть почти идентичными и иметь одинаковую температуру, но для домашних целей это добавляет больше сложности, чем того стоит. Вот технический документ, если вы хотите вникнуть в подробности.

Однако вместо того, чтобы стремиться к точности, измеряемой долями градуса, мне интересно оценить, насколько точными могут быть простейшие самодельные хакерские решения.Что вы получите, добавив реальный источник постоянного тока? Стоит ли оно того? Давай выясним.

Экспериментальный дизайн

Я взял семь диодов, шесть 1N4148 и 1N4002, и нагрел их вместе с термопарой типа K и довольно хорошим мультиметром Fluke, который ее считывает. 1N4148 — это стандартный малосигнальный диод, и он поставляется в корпусе из неплавленого стекла: он идеально подходит для наших целей. Три из 1N4148 получали ток через резистор 10 кОм просто потому, что это хорошее среднее значение, и я хотел оценить междиодную изменчивость.Были выбраны два других номинала резистора, 3,3 кОм и 100 кОм, что примерно соответствует разумному диапазону токов.

Резисторы и источник постоянного тока

I соединил высоковольтный сильноточный выпрямительный диод 1N4002 с резистором 10 кОм, чтобы увидеть, какое влияние оказывает другой тип диода. Наконец, последний 1N4148 питался от цепи постоянного тока, прямо из Art of Electronics , который давал довольно солидные 50 мкА.

Микроконтроллер STM32 был запрограммирован так, чтобы снимать показания с каждого из диодов всякий раз, когда я набирал температуру.Если бы у меня был мультиметр для регистрации, это было бы намного менее скучно. Как бы то ни было, я дождался, пока отображаемая эталонная температура достигнет четного значения в пять градусов, и ввел его в STM32, который считал семь АЦП и распечатал все эти значения через последовательный порт. Поэтому я нагрел все диоды, записал данные на моем ноутбуке, пока они медленно охлаждались, очистил их, как только это было сделано, и построил график.

Звучит просто, правда? Что ж, вот где развлекается. Настоящая уловка состоит в том, чтобы убедиться, что все семь диодов и термопара имеют одинаковую температуру, в диапазоне от комнатной до температуры сгорания печатной платы.

Четыре неудачи равны успеху

В разговоре с Майком Щисом из Hackaday он спросил, как паять диоды, когда температура превышает температуру плавления припоя. Я, естественно, ответил, что в таких ситуациях всегда обжимаю (что верно), а затем построил испытательный стенд для диодов с припаянными соединениями. Прочитав где-то, что арахисовое масло хорошо работает при температуре до 210 ° C или около того, я подумал, что оно станет отличной иммерсионной средой для выравнивания температуры. Что ж, так оно и было, потому что все паяные соединения откреплялись одновременно при 190 ° C: отличный тест на однородность температуры.Это также была ценная калибровка моего эталонного температурного датчика — точка плавления припоя 60/40 составляет 185 ° C — 190 ° C. Пятно! Но при распаивании проводов данные не регистрируются.

При оплавлении я использую электрическую плиту с (гофрированным) диодом в качестве датчика температуры, но я часто прикрепляю каптоном еще один или два диода к рассматриваемой печатной плате, чтобы получить измерения на печатной плате. А поскольку ножки этих диодов болтаются на ветру, я избавился от паяных соединений. Я подумал, что и здесь это сработает, поэтому я перепаял испытательный стенд с семью новыми диодами, приклеенными к куску пустой печатной платы, чтобы выровнять температуру.Все выглядело так, пока температура не опустилась ниже моей целевой 250 ° C, когда я почувствовал запах дыма. Я немедленно выключил обогреватель и начал регистрировать температуру, и, конечно же, она упала. А потом они снова начали подниматься, и было еще дыма.

Эпоксидный слой печатной платы загорелся! Оказывается, он начинает тлеть примерно при 240 ° C и хорошо горит при 260 ° C. Вместо того чтобы пойти за огнетушителем, я открыл несколько окон, продолжил вести лесозаготовку и достал фотоаппарат.Я действительно получил некоторые данные из пробега, но мой офис все еще немного пахнет.

Следующая неисправность связана с приклеиванием диодов непосредственно к твердой металлической пластине. В конце концов, он не горит при 250 ° C. Проблема в том, что очень медленно охлаждает , если вы не снимаете его с керамического нагревательного элемента, и в процессе этого диоды и термопара откручивались от пластины, что приводило к аномальному падению температуры на пять градусов по всей плате. Оказывается, в меньшей степени это произошло и при запуске firey-PCB.Вы могли бы решить эту проблему с помощью обработки данных в пост-продакшн, но я решил дать обработке горячим маслом еще один шанс, потому что это очень хорошо решает проблему с контактом.

Последний запуск был снова с арахисовым маслом, но на этот раз начиная с более мягкой высокой температуры около 200 ° C и без полного погружения паяных соединений. И это тоже сработало бы, если бы не растрескивание формочки при ударе о мраморную плиту, которую я использовал для ее охлаждения. Оглядываясь назад, это было очевидно, и, вероятно, это сработало бы безупречно, если бы я поставил силиконовую подставку под горячее.Из-за утечки масла при температуре 200 ° C по всему моему столу и большого количества бумажного полотенца мне удалось зарегистрировать этот прогон, по крайней мере, до тех пор, пока масло не исчезло полностью. Завтра уберу.

Окончательный результат: два пригодных для использования набора данных, один из прогона сгоревших ПХБ, а другой из теста иммерсией в треснувшей кастрюле. Нет ничего идеального, но этого достаточно, чтобы сделать некоторые выводы.

Результаты

Мой первый вывод состоит в том, что простейшего метода — подключения диода и резистора 10 кОм к АЦП — достаточно для неточной работы в любом разумном диапазоне температур.Я знал это, используя его для оплавления припоя и обжарки кофе, но меня все равно впечатлила хорошая линейность диода по сравнению с эталонной термопарой. Вы должны использовать этот «трюк».

Далее, создание источника постоянного тока, вероятно, не стоит того, если вы действительно не заботитесь о температуре. Если подойдет простая воспроизводимость, не беспокойтесь. Да, я получил прекрасные результаты до 220 ° C, но разница между лучшим и худшим случаями, вероятно, составляет один или два градуса по всему диапазону.Вы должны потратить свое время на обеспечение хорошего физического контакта между диодом и объектом, который вы измеряете, а затем подключите транзисторы.

1N4002, большой мощный диод, работал почти так же, как 1N4148, при питании с тем же сопротивлением, и три 1N4148 отлично отслеживали друг друга. Единственное, что имеет значение, это ток. Честно говоря, я был удивлен. Это говорит о том, что вы можете просто купить пакет диодов и 1% резисторов, возможно, откалибровать несколько для проверки, и все готово.Поскольку наклон всех диодов почти одинаков, вы даже можете откалибровать их по одной точке при комнатной температуре. Насколько это просто?

Хотите знать, что на самом деле во всем этом сложного? Тестирование схемы за пределами диапазона, в котором она будет работать.

На этот раз точно! (Плохой тепловой контакт.)

Какая сгоревшая печатная плата выглядит как

Треснувшая формовочная пластина, утечка горячего масла, сбор данных.

Тест печатной платы при температуре.Вы видите дым?

Испытательный стенд, растворенный в арахисовом масле при температуре 190 ° C

Резисторы и источник постоянного тока

Тест печатной платы, ранее.

(PDF) Датчик температуры с использованием пары BJT-MOSFET

Датчик температуры с использованием пары BJT-

MOSFET

R.-L. Ван, К.-В. Yu, Y. Chi, T.-H. Лю, К.-М. Ага, К.-Ф.

Lin, H. -H. Цай и Ю.-З. Juang

В этой статье был разработан датчик температуры, использующий каскадную конфигурацию биполярного переходного транзистора (BJT)

pnp и полупроводникового полевого транзистора p-типа

(PMOSFET) и измерено

.При токе смещения, пропорциональном абсолютной температуре

для pnp BJT и температурно-стабильном токе смещения для PMOSFET,

графики напряжений смещения эмиттер-база и исток-затвор в зависимости от температуры

демонстрируют почти дополняющие нелинейные характеристики.

Следовательно, датчик температуры, выходной сигнал которого представляет собой сумму двух напряжений смещения

, будет демонстрировать хорошую линейность. Для диапазона температур от 0ºC до

125ºC изготовленный датчик температуры имеет чувствительность -3.39

мВ / ºC или около того с линейностью до 99,996%.

Введение: Датчики температуры широко используются в различных коммерческих приложениях

, таких как автомобильные приложения, управление бытовой техникой

, управление температурой микропроцессоров и т. Д. [1].

Чтобы достичь совместной интеграции со считывающей электроникой, необходимо, чтобы датчики температуры

были реализованы в стандартных дополнительных процессах металл-оксид-полупроводник (КМОП)

.В большинстве датчиков температуры CMOS

для измерения температуры обычно используется биполярный транзистор pnp (BJT) подложки

[2-3]. При стабильном токе смещения напряжение эмиттер-база

pnp BJT уменьшается почти линейно с увеличением температуры

[2]. Сильная температурная зависимость тока насыщения

приводит к существенной нелинейности или кривизне

[2].Кроме того, напряжение исток-затвор V

полевого полупроводникового полупроводникового транзистора p-типа (PMOSFET) V

при стабильном токе смещения

также имеет отрицательный температурный коэффициент [4].

В этой работе, A PMOSFET был каскадно к ПНП BJT, который является частью

текущего отсчета, в целях реализации датчика температуры. Его выходное напряжение

является суммой В

и В

.Разработанный датчик температуры BJT-MOSFET

основан на процессе TSMC 0,35 мкм. Интеграция датчика температуры

с эталонным источником подходит для встроенных приложений системы на кристалле (SoC)

[5-6].

Конструкция датчика температуры: V

npn BJT с постоянным током смещения коллектора

может быть выражено как [4]

]

) (

ln [) ln ()

() 1 (

) (

0000

T q

+
=
(1)
, где V
g0
— экстраполированное напряжение запрещенной зоны при 0 K,
η
— зависимые константы от процесса
.V
BE
(T) можно рассматривать как сумму постоянного члена
, члена, пропорционального T, и членов более высокого порядка таким образом
, что линейные члены представляют касательную к V
BE
(T) кривая для T = T
0
.
V
BE
(T) имеет отрицательные температурные коэффициенты. Аналогичным образом, V
EB
из
pnp BJT также имеет те же характеристики.В этой работе эталон тока
был разработан для обеспечения стабильного тока около 11 мкА с температурным коэффициентом
примерно 25 ppm / ºC. Тока смещения транзисторной пары BJT-МОП-транзистор с
приходят от эталонного тока. Зеркальные
смещающих тока половина опорного тока. На рисунке 1 показаны графики зависимости
В
EB
от температуры для pnp-транзисторов, смещенных зеркальным током смещения
и I
E
, пропорциональным абсолютной температуре (PTAT)
соответственно.PTAT I
E
является частью текущего справочника. На рис. 1
также показаны линии линейной регрессии и нелинейные отклонения V
EB
. При более низких и более высоких температурах обе реальные кривые V
EB
на
ниже своих линий регрессии [3]. Для pnp-транзистора с PTAT
I
E
реальный V
EB
отклоняется от своей линии регрессии с меньшим отклонением от диапазона
.Можно доказать, что с PTAT I
C
последний член в уравнении (1)
смягчает нелинейные отклонения V
BE
.
V
SG
PMOSFET, работающего в слабой инверсии, также демонстрирует отрицательную температурную зависимость
[4], как и V
EB
(T). На рисунке 1 также показан график зависимости V
SG
от температуры для PMOSFET с шириной затвора
40 мкм и длиной затвора 1 мкм при токе смещения зеркала.
Также нарисованы линии линейной регрессии и нелинейные отклонения V
SG
. Можно обнаружить, что реальные кривые V
SG
выше, чем его линия регрессии
при более низких и более высоких температурах. На рисунке 1 видно, что
кривые зависимости V
EB
и V
SG
от температуры демонстрируют дополнительную нелинейность
.Следовательно, линейная комбинация V
EB
и V
SG
может реализовать датчик температуры с хорошей линейностью.
Хотя меньшее значение и температурная зависимость коэффициента усиления по току β BJT с общей базой
вызывают дополнительную нелинейность V
EB
,
принимает правильную ширину затвора для MOSFET, два дополнительных
не -линейные характеристики могут эффективно компенсироваться друг другом.
Рис. 1 Моделирование V
EB
и V
SG
в зависимости от температуры, их линейные линии регрессии
и нелинейное отклонение.
a b
Рис. 2 Принципиальная электрическая схема и фотография микросхемы сконструированного датчика температуры
.
a принципиальная схема
b фотография микросхемы
На рис. 2 показаны принципиальная схема и фотография микросхемы датчика температуры, разработанного
.Площадь микросхемы схемы составляет 151,7 × 177,2
мкм
2
. Схема главным образом основана на традиционные ширинах запрещенной зоны текущих
ссылки. Добавляет PMOSFET, который смещается в текущем зеркальном
из текущей ссылки, каскаден к эмиттерному электроду
большего размера PNP BJT, т.е. Q2, в текущем справочнике, с тем, что
выходным напряжением V
SEN
датчика представляет собой сумму V
EB
и V
SG
.На рисунке 1 кривые
, отмеченные сплошными квадратами и полыми треугольниками, показывают температурную зависимость
датчиков V
EB
и V
SG
, соответственно, в датчике конструкции
. Для экономии потребляемой мощности, то BJT Q
2, который представляет собой
части текущего отсчета и смещен током ПАТА, непосредственно
использовали в качестве PNP BJT сердечника датчика температуры.Если требуется смещение BJT датчика температуры
стабильным опорным током, необходимо добавить дополнительное токовое зеркало и дополнительный BJT
, а затем подключить к нему эмиттер
BJT, а не Q2. затвор
PMOSFET. Но дополнительный ток приведет к увеличению энергопотребления на
. Из рисунка 1 видно, что величина нелинейных
ошибок кривой V
EB
, связанных с PTAT I
E
, а не постоянной I
E
, составляет
ближе к таковым на кривой V
SG
.Следовательно, выходное напряжение V
SEN
из
компактная схема, показанная на рисунке 2, может демонстрировать лучшую линейность.
Путем правильного проектирования размера PMOSFET, например увеличивая ширину затвора
и, следовательно, изменяя кривизну кривой V
SG
, можно дополнительно оптимизировать линейность
и V
SEN
.
На рисунке 3 показаны смоделированные и измеренные температурные характеристики
и линии линейной регрессии для V
SEN
.Температуру
можно извлечь из V
SEN
с помощью линейной передаточной функции. Также показаны температурные погрешности, возникающие в результате
из-за нелинейных отклонений V
SEN
. Смоделированные и
измеренные полные токи составляют 27,4 мкА и 26,6 мкА соответственно. Измеренное значение
V
SEN
меньше смоделированного значения на 55 мВ или около того.
В таблице 1 перечислены смоделированные выходные характеристики BJT-MOSFET
0 20 40 60 80100120
0.5
0,6
0,7
0,8
V
EB
или V
SG
(V)
Температура (
o
C)
PT I0003 EB из PNP
ЭБ pnp @ Const. I
E
SG PMOS с W = 40um
Линия линейной регрессии
-3
-2
-1
0
1
2
Страница
Нелинейное отклонение напряжения (мВ)
1 из 2
Тактильные датчики и датчики температуры на основе органических транзисторов: На пути к изготовлению электронной кожи

1.
Т. Незакати, А. Сейфалиан, А. Тан и А. М. Сейфалиан, Проводящие полимеры: возможности и проблемы в биомедицинских приложениях, Chem. Ред. 118 (14), 6766 (2018)
Google ученый

2.
Дж. Чен, К. Ю, Х. Цуй, М. Донг, Дж. Чжан, К. Ван, Дж. Фань, Ю. Чжу и З. Го, Обзор датчиков растягиваемой деформации от проводящие полимерные нанокомпозиты, J. Mater. Chem. К 7 (38), 11710 (2019)
Google ученый

3.
Дж. Чен, Ю. Чжу, Дж. Хуанг, Дж. Чжан, Д. Пан, Дж. Чжоу, Дж. Рю, А. Умар и З. Го, Достижения в области чувствительных проводящих полимерных композитов и сенсорных приложений, Polym . Ред. , DOI: https: //doi.org/10.1080/15583724.2020.1734818 (2020)

4.
Ли, Б. Ким и К. Ким, Печать гибкой и гибридной электроники для кожи и глаз человека -интерфейсные системы мониторинга здоровья, Adv. Матер. 32 (15), 1
1 (2019)
MathSciNet Google ученый

5.
Х. Р. Лим, Х. С. Ким, Р. Кази, Ю. Т. Квон, Дж. У. Чон и У. Х. Йео, Усовершенствованные мягкие материалы, интеграция датчиков и применение носимой гибкой гибридной электроники в здравоохранении, энергетике и окружающей среде, Adv. Матер. 32 (15), 1
4 (2020)
Google ученый

6.
В. Гао, Х. Ота, Д. Кирия, К. Такеи и А. Джави, Гибкая электроника для носимых датчиков, Acc. Chem. Res. 52 (3), 523 (2019)
Google ученый

7.
Ю. Лю, М. Фарр и Г. А. Сальваторе, Лаборатория на коже: обзор гибкой и растягиваемой электроники для носимого мониторинга здоровья, ACS Nano 11 (10), 9614 (2017)
Google ученый

8.
H. Xu, MK Zhang, YF Lu, JJ Li, SJ Ge и ZZ Gu, Двухрежимный носимый датчик деформации на основе графеновых / коллоидных кристаллических пленок для одновременного обнаружения тонких и крупных движений человека, Adv. Матер. Technol. 5 (2), 16 (2020)
Google ученый

9.
X. You, J. Yang, M. Wang, J. Huh, Y. Ding, X. Zhang и S. Dong, Волоконные датчики на основе графена с высокой растяжимостью и чувствительностью путем прямой экструзии чернил, 2D Mater. 7 (1), 015025 (2020)
Google ученый

10.
К. Дэн, П. Гао, Л. Лан, П. Хэ, Х. Чжао, В. Чжэн, В. Чен, X. Чжун, Ю. Ву, Л.Лю, Дж. Пэн и Ю. Цао, Сверхчувствительные и легко растягиваемые многофункциональные тензодатчики с возможностью распознавания тембра на основе вертикального графена, Adv. Функц. Матер. 29 (51), 1
1 (2019)
Google ученый

11.
К. Ян, В. Лю, Н. Лю, Дж. Су, Л. Ли, Л. Сюн, Ф. Лонг, З. Цзоу и Ю. Гао, Графеновый аэрогель, разбитый на фрагменты для пьезорезистивный датчик давления с повышенной чувствительностью, ACS Appl.Матер. Интерфейсы 11 (36), 33165 (2019)
Google ученый

12.
Б. Чжао, Ю. Ван, С. Синха, К. Чен, Д. Лю, А. Дасгупта, Л. Ху и С. Дас, задержка эффекта кофейных пятен, обусловленная формой, стимулирует изготовление чернил углерод-нанотрубка-оксид графена для печати встроенных структур и датчиков температуры, Nanoscale 11 (48), 23402 (2019)
Google ученый

13.
Ю. Ченг, Ю. Ма, Л. Ли, М. Чжу, Ю. Юэ, В. Лю, Л. Ван, С. Цзя, К. Ли, Т. Ци, Дж. Ван и Ю. Гао, Биоинспирированные микрошипы для высокопроизводительного спрея Ti ₃ C ₂ T _x Пьезорезистивный датчик на основе MXene, ACS Nano 14 (2), 2145 (2020)
Google ученый

14.
Я. Гао, К. Янь, Х. Хуанг, Т. Янг, Г. Тянь, Д. Сюн, Н. Чен, Х. Чу, С. Чжун, В. Дэн, Ю. Фанг, и W. Yang, Гибкий пьезорезистивный многофункциональный датчик силы на основе MXene с ограниченными каналами, Adv.Функц. Матер. 30 (11), 13 (2020)
Google ученый

15.
З. Цао, Ю. Ян, Ю. Чжэн, В. Ву, Ф. Сюй, Р. Ван и Дж. Сан, Очень гибкие и чувствительные датчики температуры на основе Ti ₃ C ₂ T _x (MXene) для электронной кожи, J. Mater. Chem. А 7 (44), 25314 (2019)
Google ученый

16.
T. Huang, P.He, R. Wang, S. Yang, J. Sun, X. Xie и G. Ding, Пористые волокна, состоящие из графена, украшенного полимерными наношарами, для носимых и высокочувствительных датчиков деформации, Adv. Функц. Матер. 29 (45), 1
2 (2019)
Google ученый

17.
Z. Zeng, SIS Shahabadi, B. Che, Y. Zhang, C. Zhao и X. Lu, чувствительные к растяжению датчики деформации с широкой линейной областью чувствительности на основе сжатого анизотропного графенового пенопласта / полимера нанокомпозиты, Наноразмеры 9 (44), 17396 (2017)
Google ученый

18.
С. Рияджуддин, С. Кумар, С. П. Гаур, А. Суд, Т. Маруяма, М. Е. Али, К. Гош, Линейный пьезорезистивный датчик деформации на основе графена / gC ₃ N _{4 гетероструктура} / PDMS, Нанотехнологии 31 (29), 295501 (2020)
Google ученый

19.
Q. Tian, W. Yan, Y. Li, and D. Ho, Сверхчувствительный самовосстанавливающийся датчик давления в форме капсулы Бина на основе лазерно-индуцированной сэндвич-структуры графена и полистирольных микросфер, ACS Appl.Матер. Интерфейсы 12 (8), 9710 (2020)
Google ученый

20.
Р. Фурлан де Оливейра, П. А. Ливио, В. Монтес-Гарсия, С. Ипполито, М. Эредиа, П. Фанжул-Боладо, М. Б. Гонсалес Гарсия, С. Казалини и П. Самори, Liquid- закрытые транзисторы на основе восстановленного оксида графена для гибкой и носимой электроники, Adv. Функц. Матер. 29 (46), 1
5 (2019)
Google ученый

21.
З. Ван, З. Хао, С. Ю., К. Г. Д. Мораес, Л. Х. Сух, Х. Чжао и К. Линь, Ультрагибкий и растяжимый аптамерный графеновый наносенсор для обнаружения и мониторинга биомаркеров, Adv. Функц. Матер. 29 (44), 1
2 (2019)
Google ученый

22.
Н. Шефер, Р. Г. Кортаделла, Х. Мартнейс-Агилар, Г. Швезиг, Х. Илла, А. М. Лара, С. Сантьяго, К. Эбер, Г. Гирадо, Р. Вилья, А. Сирота, А. Гимера-Брюне, Ж.А. Гарридо, Мультиплексная матрица нейронных датчиков на графеновых полевых транзисторах с растворным затвором, 2D Mater. 7 (2), 025046 (2020)
Google ученый

23.
Т. Ленг, К. Парвез, К. Пан, Дж. Али, Д. Макманус, К.С. Новоселов, К. Казираги и З. Ху, Печатный графен / WS ₂ Беспроводной фотосенсор без батареи по статьям, 2D Матер. 7 (2), 024004 (2020)
Google ученый

24.
Л. Ли, Ю. Го, Ю. Сунь, Л. Ян, Л. Цинь, С. Гуань, Дж. Ван, Х. Цю, Х. Ли, Ю. Шан и Ю. Фанг, Общий метод для химический синтез крупномасштабных бесшовных электронных устройств на основе дихалькогенидов переходных металлов, Adv. Матер. 30 (12), 1706215 (2018)
Google ученый

25.
D. Zhang, J. Du, YL Hong, W. Zhang, X. Wang, H. Jin, PL Burn, J. Yu, M. Chen, DM Sun, M. Li, L. Liu , LP Ma, HM Cheng и W.Рен, Двойной опорный слой для простого и чистого переноса двумерных материалов для высокопроизводительных электронных и оптоэлектронных устройств, ACS Nano 13 (5), 5513 (2019)
Google ученый

26.
П. В. М. Блом, Полимерная электроника: быть или не быть? Adv. Матер. Technol. 5 (6), 2000144 (2020) https://doi.org/10.1002/admt.202000144
Google ученый

27.
К. Г. Лим, Э. Го, А. Фишер, К. Мяо, К. Лео и Х. Климанн, Анодирование для упрощенной обработки и эффективного переноса заряда в вертикальных органических полевых транзисторах, Adv. Функц. Матер. 2001703 (27), 2001703 (2020)
Google ученый

28.
S. Fratini, M. Nikolka, A. Salleo, G. Schweicher и H. Sirringhaus, Транспорт заряда в высокоподвижных сопряженных полимерах и молекулярных полупроводниках, Nat.Матер. 19 (5), 491 (2020)
ADS Google ученый

29.
Х. Чжун, Г. Ву, З. Фу, Х. Львов, Г. Сю и Р. Ван, Гибкие пористые органические полимерные мембраны для протонных полевых транзисторов, Adv. Матер. 32 (21), 2000730 (2020)
Google ученый

30.
Х. Чен, В. Чжан, М. Ли, Г. Хе и Х. Го, Разработка интерфейсов в органических полевых транзисторах: принципы, приложения и перспективы, Chem.Ред. 120 (5), 2879 (2020)
Google ученый

31.
T. Q. Trung, S. Ramasundaram, S. W. Hong и N. E. Lee, Гибкий и прозрачный нанокомпозит восстановленного оксида графена и сополимера P (VDF-TrFE) для высокой термочувствительности в полевом транзисторе, Adv. Функц. Матер. 24 (22), 3438 (2014)
Google ученый

32.
T. Q. Trung, S.Рамасундарам, Б.У. Хванг и Н.Э. Ли, Полностью эластомерный прозрачный и растягиваемый датчик температуры для прикрепляемой к телу носимой электроники, Adv. Матер. 28 (3), 502 (2016)
Google ученый

33.
К. Чжан, Ф. Леонарди, Р. Пфаттнер и М. Мас-Торрент, Твердотельный водный электролитный полевой транзистор в качестве низковольтной рабочей платформы, чувствительной к давлению, Adv . Матер. Интерфейсы 6 (16), 1
9 (2019)
Google ученый

34.
X. Ren, K. Pei, B. Peng, Z. Zhang, Z. Wang, X. Wang и PKL Chan, Гибкая матрица датчиков температуры на органических транзисторах с активной матрицей, малой мощности, Adv. . Матер. 28 (24), 4832 (2016)
Google ученый

35.
К. Накаяма, Б.С. Ча, Ю. Канаока, Н. Исахая, М. Омори, М. Уно и Дж. Такея, Органические датчики температуры и органические аналого-цифровые преобразователи на основе p-типа и органические транзисторы n-типа, Org.Электрон. 36, 148 (2016)
Google ученый

36.
Ю. Ли, М. Джанг, М. Ю. Ли, О. Ю. Квеон, Дж. Х. О, Гибкие полевые транзисторные датчики на основе сопряженных молекул, Chem 3 (5), 724 (2017)
Google ученый

37.
К. Ким, Г. Сонг, К. Парк и К.С. Юн, Многофункциональная тканая структура, работающая как сборщик трибоэлектрической энергии, матрица емкостных тактильных датчиков и матрица пьезорезистивных датчиков деформации, Датчики 17 (11), 2582 (2017)
Google ученый

38.
Х. К. Ким, С. Ли и К. С. Юн, Набор емкостных тактильных датчиков для приложений с сенсорным экраном, Sens. Act. A: Phys. 165 (1), 2 (2011)
Google ученый

39.
R. Surapaneni, Q. Guo, Y. Xie, D. J. Young и C. H. Mastrangelo, Трехосная емкостная тактильная система формирования изображения высокого разрешения на основе плавающих гребенчатых электродов, J. Micromech. Microeng. 23 (7), 075004 (2013)
ADS Google ученый

40.
W. Shi, Y. Guo и Y. Liu, Когда гибкие органические полевые транзисторы встречаются с биомиметикой: перспективный взгляд на Интернет вещей, Adv. Матер. 32 (15), 13 (2020)
Google ученый

41.
Й. Х. Ли, О. Ю. Квеон, Х. Ким, Дж. Х. Ю, С. Г. Хан и Дж. Х. О, Последние достижения в области органических датчиков для систем самоконтроля здоровья, J. Mater. Chem. К 6 (32), 8569 (2018)
Google ученый

42.
В. Гао, Х. Ота, Д. Кирия, К. Такеи и А. Джави, Гибкая электроника к носимому зондированию, Acc. Chem. Res. 52 (3), 523 (2019)
Google ученый

43.
X. Ву, С. Мао, Дж. Чен и Дж. Хуанг, Стратегии улучшения характеристик датчиков на основе органических полевых транзисторов, Adv. Матер. 30 (17), 1705642 (2018)
Google ученый

44.
Д. Чен и К. Пей, Электронные мышцы и кожа: обзор мягких датчиков и исполнительных механизмов, Chem. Ред. 117 (17), 11239 (2017)
Google ученый

45.
Я. Занг, Д. Хуанг, К. Ди и Д. Чжу, Органические транзисторы, спроектированные прибором для гибких измерительных приложений, Adv. Матер. 28 (22), 4549 (2016)
Google ученый

46.
Q. J. Sun, T.Ли, В. Ву, С. Венкатеш, Х. Х. Чжао, З. X. Сю и В. А. Л. Рой, Печатный диэлектрик k для гибкого маломощного полевого транзистора с расширенным затвором при измерении давления, ACS Appl. Электрон. Матер. 1 (5), 711 (2019)
Google ученый

47.
Z. Yin, MJ Yin, Z. Liu, Y. Zhang, AP Zhang и Q. Zheng, Обработанные на растворе двухслойные диэлектрики для гибких низковольтных органических полевых транзисторов в приложениях измерения давления. Adv.Sci. 5 (9), 1701041 (2018)
Google ученый

48.
MJ Yin, Z. Yin, Y. Zhang, Q. Zheng и AP Zhang, Эластичный ионный полиакриламидный гидрогель с микрорельефом для низковольтных емкостных и органических датчиков давления на тонкопленочных транзисторах, Nano Energy 58, 96 (2019)
Google ученый

49.
O. O. Ogunleye, H. Sakai, Y. Ishii и H. Murata, Исследование чувствительного механизма двухзатворного низковольтного датчика давления на основе органических транзисторов, Org.Электрон. 75, 105431 (2019)
Google ученый

50.
F. A. Viola, A. Spanu, P. C. Ricci, A. Bonfiglio, P. Cosseddu, Ультратонкие, гибкие и мультимодальные тактильные датчики на основе органических полевых транзисторов, Sci. Отчет 8 (1), 8073 (2018)
ADS Google ученый

51.
Z. Meng, H. Zhang, M. Zhu, X. Wei, J. Cao, I. Murtaza, M.U.Али, Х. Мэн и Дж. Сюй, Термические и тактильные бимодальные органические транзисторные датчики на основе цирконата-титаната свинца (пьезоэлектрическая керамика), Org. Электрон. 80, 105673 (2020)
Google ученый

52.
С. Пэк, Г. Й. Бэ, Дж. Квон, К. Чо и С. Юнг, Гибкие чувствительные к давлению контактные транзисторы, работающие в подпороговом режиме, ACS Appl. Матер. Интерфейсы 11 (34), 31111 (2019)
Google ученый

53.
З. Ван, С. Го, Х. Ли, Б. Ван, Ю. Сунь, З. Сю, X. Чен, К. Ву, X. Чжан, Ф. Син, Л. Ли и В. Ху, Пьезорезистивный эффект на границе раздела полупроводник / проводник в органическом транзисторе для высокочувствительных датчиков давления, Adv. Матер. 31 (6), 1805630 (2018)
Google ученый

54.
З. Лю, З. Инь, Дж. Ван и К. Чжэн, Полиэлектролитные диэлектрики для гибких низковольтных органических тонкопленочных транзисторов в высокочувствительных датчиках давления, Adv.Функц. Матер. 29 (1), 1806092 (2019)
Google ученый

55.
Я. Янг, Х. Чжан, Ч. Линь, Ю. С. Чжоу, К. Цзин, Ю. Су, Дж. Ян, Дж. Чен, К. Ху и З. Л. Ван, Трибоэлектрические наногенераторы на основе кожи человека для сбор биомеханической энергии и как система активных тактильных датчиков с автономным питанием, ACS Nano 7 (10), 9213 (2013)
Google ученый

56.
Z. Ren, J. Nie, L. Xu, T. Jiang, B. Chen, X. Chen и ZL Wang, Прямая визуализация тактильного восприятия и сверхчувствительных тактильных датчиков с использованием индукции окружающих электромагнитных волн, усиленной телом, Adv . Функц. Матер. 28 (47), 1805277 (2018)
Google ученый

57.
Р. Цао, Х. Пу, Х. Ду, В. Ян, Дж. Ван, Х. Го, С. Чжао, З. Юань, К. Чжан, К. Ли и З. Л. Ван, Моющийся электронный текстиль с трафаретной печатью в качестве автономного трибодатчика касания / жестов для интеллектуального взаимодействия человека и машины, ACS Nano 12 (6), 5190 (2018)
Google ученый

58.
К. Чжан, В. Тан, Л. Чжан, К. Хан и З. Л. Ван, Полевой транзистор контактной электрификации, ACS Nano 8 (8), 8702 (2014)
Google ученый

59.
Ю. Цзян, З. Лю, З. Инь, и К. Чжэн, Сэндвич-структурные диэлектрики для воздухостабильных и гибких низковольтных органических транзисторов в сверхчувствительных датчиках давления, Mater. Chem. Передний. 4 (5), 1459 (2020)
Google ученый

60.
Д. Туау, К. Бегли, Р. Дилмурат, А. Аблат, Г. Ванц, К. Айела и М. Аббас, Исследование критической толщины органического полупроводникового слоя для повышения пьезорезистивной чувствительности датчиков на полевых транзисторах, Материалы (Базель) 13 (7), 1583 (2020)
ADS Google ученый

61.
Т. Исикава, Х. Сакаи и Х. Мурата, Изготовление гибкого двухзатворного датчика органического давления на основе OFET, IEICE Trans.Избрать. E102-C (2), 188 (2019)
ADS Google ученый

62.
С. Ханна, А. Дэвидсон, И. Глеск, Д. Уттамчандани, Р. Дахия и Х. Глескова, Многофункциональный датчик на основе органического полевого транзистора и сегнетоэлектрического поливинилиденфторида трифторэтилена, Орг. Электрон. 56, 170 (2018)
Google ученый

63.
S. Wang, J.Сюй, В. Ван, Г. Дж. Н. Ван, Р. Растак, Ф. Молина-Лопес, Дж. В. Чунг, С. Ниу, В. Р. Фейг, Дж. Лопес, Т. Лей, С.К. Квон, Ю. Ким, А. М. Фудех, А. Эрлих, А. Гасперини, Ю. Юн, Б. Мурманн, Дж. Б. Х. Ток и З. Бао, Кожная электроника от масштабируемого изготовления растягиваемой по своей природе массива транзисторов, Nature 555 (7694), 83 (2018)
ADS Google ученый

64.
С. Лай, Ф.А. Виола, П. Косседду и А. Бонфиглио, Датчики на основе органических полевых транзисторов с плавающим затвором для биомедицинских приложений, изготовленные с помощью процессов большой площади на гибких подложках, Датчики 18 (3), 688 (2018)
Google ученый

65.
T. Someya, Y. Kato, T. Sekitani, S. Iba, Y. Noguchi, Y. Murase, H. Kawaguchi, T. Sakurai, Конформные, гибкие, большие сети датчиков давления и температуры с органическим транзистором активные матрицы, Proc. Natl. Акад. Sci. США 102 (35), 12321 (2005)
ADS Google ученый

66.
I. Graz, M. Krause, S. Bauer-Gogonea, S. Bauer, SP Lacour, B. Ploss, M. Zirkl, B. Stadlober и S. Wagner, Гибкие клетки активного матрикса с селективно поляризованный бифункциональный полимер-керамический нанокомпозит для кожи, чувствительной к давлению и температуре, J.Прил. Phys. 106 (3), 034503 (2009)
ADS Google ученый

67.
X. Ren, P. K. L. Chan, J. Lu, B. Huang и D. C. W. Leung, Датчик температуры органических веществ с расширенным динамическим диапазоном, Adv. Матер. 25 (9), 1291 (2013)
Google ученый

68.
Д. Чжао, С. Фабиано, М. Берггрен и X. Криспин, Органические транзисторы с ионным термоэлектрическим затвором, Nat.Commun. 8 (1), 14214 (2017)
ADS Google ученый

69.
NT Tien, S. Jeon, DI Kim, TQ Trung, M. Jang, BU Hwang, KE Byun, J. Bae, E. Lee, JBH Tok, Z. Bao, NE Lee и JJ Park , Гибкая бимодальная матрица датчиков для одновременного измерения давления и температуры, Adv. Матер. 26 (5), 796 (2014)
Google ученый

70.
К. Чжу, Х. С. Ву, Г. Ньякаярамба, З. Бао и Б. Мурманн, Искробезопасный датчик температуры на основе органического тонкопленочного транзистора, IEEE Electron Device Lett. 40 (10), 1630 (2019)
ADS Google ученый

71.
М. Чжу, Дж. Цао, Х. Вэй, Ю. Хэ, А. Ли, Х. Сюй, М. У. Али, Л. Янь и Х. Мэн, Самонесущая гибкая органика без гистерезиса тепловой транзистор на основе товарной графитовой бумаги, заявл.Phys. Lett. 112 (25), 253301 (2018)
ADS Google ученый

72.
Н. В. Суббарао, С. Мандал, М. Гедда, П. К. Айер и Д. К. Госвами, Влияние температуры на гистерезис органических полевых транзисторов на основе диполярного диэлектрического слоя: механизм измерения температуры, Sens. Act. A: Phys. 269, 491 (2018)
Google ученый

73.
S.Мандал, М. Банерджи, С. Рой, А. Мандал, А. Гош, Б. Сатпати и Д. К. Госвами, Сверхбыстрые, гибкие физиологические датчики температуры на основе органических полевых транзисторов с гексагональными нанокристаллами титаната бария в аморфной матрице в виде чувствительный материал, ACS Appl. Матер. Интерфейсы 11 (4), 4193 (2019)
Google ученый

74.
J. Jang, B. Oh, S. Jo, S. Park, HS An, S. Lee, WH Cheong, S. Yoo и JU Park, Интерактивные дисплеи с активной матрицей для визуализации тактильных давлений, Adv.Матер. Technol. 4 (7), 1
2 (2019)
Google ученый

75.
Й. Х. Ли, О. Я. Квеон, Х. Ким, Дж. Х. Ю, С. Г. Хан и Дж. Х. О, Последние достижения в области органических датчиков для систем самоконтроля здоровья, J. Mater. Chem. К 6 (32), 8569 (2018)
Google ученый

76.
S. Bi, Q. Li, Z. He, Q. Guo, K. Asare-Yeboah, Y. Liu и C. Jiang, Сильно улучшенные характеристики встроенного пьезофототранзистора с двойным инвертированным OLED канал массива затвора и нанопроволоки, Nano Energy 66, 104101 (2019)
Google ученый

77.
Y. J. Jeong, Y. E. Kim, K. J. Kim, E. J. Woo и T. I. Oh, Многослойный тканевый датчик давления для пьезоимпедансной визуализации распределения давления в реальном времени, IEEE Trans. Instrum. Измер. 69 (2), 565 (2020)
Google ученый

78.
Y. Guo, M. Zhong, Z. Fang, P. Wan и G. Yu. Носимый датчик переходного давления, изготовленный из нанолистов MXene для чувствительного взаимодействия человека и машины в широком диапазоне, Nano Lett. 19 (2), 1143 (2019)
ADS Google ученый

Твердотельный датчик температуры Часть 1 — принципы

Температура является наиболее часто измеряемым физическим параметром в промышленных, коммерческих и даже жилых помещениях. Очевидно, речь идет о гораздо большем, чем просто «какова температура, чтобы я знал, какое пальто надеть?» Показания температуры необходимы для управления процессами и системами через контур отрицательной обратной связи, алгоритмы ПИД-регулирования и компараторы, ссылки с 1 по 3 .

В течение многих лет самым распространенным способом электрического измерения температуры было использование термопар, Ссылка 4 . Однако в последние десятилетия появился и получил широкое распространение альтернативный компонент, называемый твердотельным датчиком температуры. Он подходит для некоторых — но не для всех — применений, в которых раньше работали термопары.

Сторона 1 этого FAQ обсудит принципы твердотельных датчиков температуры, а часть 2 рассмотрит, как они применяются.

Q : Что такое твердотельный датчик температуры?

A: В этом датчике используется инновационная топология транзисторов и резисторов, и он выполнен в виде единой ИС. Он производит выходной сигнал, который пропорционален абсолютной температуре (PTAT) в широком диапазоне, хотя и не настолько широк, насколько термопары могут работать как на холодном, так и на горячем концах диапазона.

Q: Каков основной выход твердотельного датчика?

A: В отличие от термопары, которая является источником напряжения в милливольтном диапазоне (с довольно ограниченной допустимой нагрузкой по току), твердотельный датчик является источником тока, , каталожный номер 5 .Его выход — это ток, равный PTAT. Типичный твердотельный датчик обеспечивает выходной сигнал 1 мкА / К.

Q: Для какого диапазона применим твердотельный датчик?

A: Это зависит от конкретной марки и модели, но некоторые из них доступны для работы в диапазоне от -55 ° C до + 150 ° C, что охватывает очень широкий диапазон приложений. Для сравнения, доступны термопары, рассчитанные на температуру ниже -100 ° C на нижней стороне и на тысячи градусов — на высокой.

Q: Есть ли особые соображения по поводу конструкции при использовании этих датчиков?

A: Базовый датчик очень прост в использовании.Это двухконтактное устройство, которое работает от довольно широкого источника постоянного тока, обычно от +4 до +30 В. Это напряжение подается на датчик, который затем «регулирует» ток, протекающий до уровня 1 мкА / К, пропорционально. .

Q: Каков принцип работы этого датчика?

A: В основе лежит хорошо известная температурная зависимость p-n перехода диода или база-эмиттер транзистора:

В = kT / q (ln I / I _с)

где k — постоянная Больцмана, T — температура в градусах Кельвина, q — заряд электрона, а I _s — характеристический ток перехода.Это нелинейная зависимость между напряжением и током, которая также зависит от температуры, Рисунок 1 .

Рис. 1. Твердотельный датчик температуры использует внутреннюю температурную зависимость отношения тока / напряжения кремниевого p-n перехода. (Источник: Encyclopædia Britannica, Inc.)
В: Эта связь полезна или проблема?
A: И то, и другое. Это соотношение использовалось в течение многих лет в качестве основы для недорогого, но только умеренно полезного датчика температуры, обычно для обеспечения некоторого рода компенсации в цепях, которые дрейфовали.Он не откалиброван и поэтому полезен только в ограниченном диапазоне.
Эта взаимосвязь также была головной болью, поскольку она препятствовала разработке точных твердотельных эталонов напряжения (запрещенная зона и другие), поскольку значение эталонного напряжения могло дрейфовать при изменении температуры. Для исправления этих ошибок потребовались специальные схемы компенсации и подстройки. Тем не менее, эти сложные отношения также были использованы на пользу
Q: Учитывая логарифм в этом уравнении, как и могут стать датчиком температуры?
Первый коммерчески доступный датчик температуры в этом классе — AD590 от Analog Devices — был представлен около 25 лет назад.Он использовал последствия уравнения вместе с очень умной топологией и лазерной подстройкой для калибровки. Эта ИС использовала фундаментальные свойства кремниевых транзисторов, из которых она сделана (обратите внимание, что в конструкции всего 12 транзисторов), Рисунок 2 .
Рис. 2. Хотя характеристики одиночного перехода не сразу полезны в качестве точного датчика температуры, сложная топология транзисторов и подстроечного резистора на кристалле позволяет получить датчик, имеющий согласованную передаточную функцию температуры и выходного тока.(Источник: Analog Devices, Inc.)
Он развивает свою температурно-пропорциональную характеристику следующим образом: если два идентичных транзистора работают при постоянном соотношении плотностей тока коллектора, называемом r, то разница в их напряжении база-эмиттер составляет (kT / q) (In r). Поскольку и k (постоянная Больцмана), и q (заряд электрона) постоянны, результирующее напряжение прямо пропорционально абсолютной температуре. В AD590 это напряжение PTAT преобразуется в ток PTAT тонкопленочными резисторами с низким температурным коэффициентом.

Все своими руками Датчик температуры

Обсудить эту статью на — форуме «Радиоэлектроника, вопросы и ответы».

Заметки для мастера — Датчик температуры

Датчики и сенсоры онлайн журнал

Мониторинг параметров элементов. Аппаратная реализация мониторинга.

Простой электронный термометр на однопереходном транзисторе

Простой электронный термометр на однопереходном транзисторе

Радиосхемы для дома

Цепи термостабилизации. Диод — датчик температуры

Простое термореле для кулера схема и описание. Управляем кулером (термоконтроль вентиляторов на практике)

Описание

Выводы

Схема работы простого терморегулятора

Терморегулятор на трех элементах

Терморегуляторы для котлов отопления

Цифровой терморегулятор

Видео

Как получить датчик температуры от транзистора?

диодов — Можно ли использовать любой BJT для измерения температуры?

Двухтранзисторный датчик температуры — Электротехнический стек

Двухцентровые датчики температуры | Hackaday

Диоды

Экспериментальный дизайн

Четыре неудачи равны успеху

Результаты

(PDF) Датчик температуры с использованием пары BJT-MOSFET

Тактильные датчики и датчики температуры на основе органических транзисторов: На пути к изготовлению электронной кожи

Твердотельный датчик температуры Часть 1 — принципы

Добавить комментарий Отменить ответ