Техника и электроника

Электронные устройства для дома

Если взять обыкновенный диод и пропустить через него небольшой постоянный ток, то на нем можно обнаружить падение напряжения. Если при этом диод немного нагреть, то это напряжение слегка понижается. Такой же эффект возникает в переходах между эмиттерной и базовой областями транзисторов, что создает определенные трудности при конструировании прецизионных усилителей постоянного тока. Изменение падения прямого напряжения в зависимости от температуры носит линейный характер, поэтому это явление можно использовать для создания электронного термометра.

Электронные термометры имеют определенные преимущества перед биметаллическими и ртутными. Они легко градуируются на любой требуемый диапазон, поэтому на их основе можно сконструировать чувствительный термометр для измерения температуры фотографических растворов или индикатор комнатной температуры с расширенным диапазоном. Диод можно встроить в зонд и использовать его для измерения температуры жидкости или температуры внутри холодильников, печей, духовок и т. д. При небольших размерах диод обладает малой тепловой инерцией, что обеспечивает во многих случаях быстрое снятие точных показаний. Выходной сигнал термометра можно использовать для управления различными системами и устройствами, например системами отопления. Снятие показаний температуры с помощью электронного термометра также не представляет трудностей, так как его шкала так же понятна, как и шкала любого измерительного прибора.

Для схемы термометра требуется точный источник опорного напряжения, который строится, как правило, с применением операционных усилителей. При этом конструкция схемы при наличии отдельного источника питания довольно проста. На рис. 8.1 представлена схема электронного термометра, в которой интегральные микросхемы D1 и D2 непосредственно используются для создания стабилизированного источника напряжения. Стабилитрон VD2 используется для создания опорного напряжения, которое подается на интегральную микросхему D2, включенную по схеме повторителя с единичным усилением, и обеспечивает напряжение 5,6 В. Это напряжение является центральной (средней) точкой отсчета напряжения источника питания. Интегральная микросхема D1 с помощью резисторов R2 и R3 сравнивает уменьшенное   вдвое   положительное   напряжение   с   опорным напряжением и управляет, таким образом, запуском транзистора VT1. При этом вырабатываются стабилизированные напряжения +5,6 и +11,2 В. Такая схема представляет собой отличный источник питания, который использовался автором во многих устройствах. Помимо своей простоты и точности эта схема может работать с входными напряжениями, превышающими выходное напряжение на 0,1 В (напряжение насыщения транзистора VT1), в то время как большинство промышленных стабилизаторов требует разности в напряжениях не менее 2 В.

Диод VD1 в схеме на рис. 8.1 используется как термочувствительный элемент, который питается через резистор R5 небольшим постоянным током. Переменный резистор RP1 служит для смещения опорного напряжения примерно на 0,6 В, обеспечивая коррекцию "нуля" схемы. Интегральная микросхема D3 включена как неинвертирующий усилитель постоянного тока с усилением, регулируемым с помощью переменного резистора RP2, и предназначена для регулировки диапазона. Резистор R9 обеспечивает измерение напряжения в диапазоне приблизительно 0—1 В.

Схема собирается на плате с 24 медными полосками по 37 отверстий в каждой. На рис. 8.2 показана фольгированная сторона платы с 32 разрезами, а на рис. 8.3 дано расположение элементов на плате, в которой имеется 20 перемычек. Местоположение диода VD1 зависит от применения термометра. Если для  измерения температуры  требуется  зонд, то его   можно изготовить из шариковой ручки, в наконечнике которой с помощью резинового клея укрепляется этот диод.

Настройка схемы представляет собой довольно интересный процесс. Например, необходимо отградуировать шкалу в диапазоне от 0 до 100 °С. Для этого требуется два сосуда с водой известной температуры, скажем 20 и 80 °С. Затем в сосуд с водой, температура которой 20 °С, помещается зонд, а переменный резистор RP2 настраивается на показание шкалы, соответствующее 80 °С. Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будут сняты правильные показания для каждой точки, после чего градуировка заканчивается. Например, можно отградуировать температурную шкалу с диапазоном от 16,5 до 30 °С для измерения комнатной температуры. При этом погрешность шкалы составляет 2%. Так как для питания микросхемы необходимы источники питания с напряжением от 12 до 25 В, то это дает возможность использовать термометр в автомобиле.