Naudodami Schmitt trigerį, galite sukurti paprastą temperatūros reguliuojamą ventiliatorių, kuris įsijungia ir išsijungia esant nustatytai temperatūrai, nereikia mikrovaldiklio.

Įvairiuose elektroniniuose įrenginiuose, pvz., CPU ir žaidimų pultuose, galėjote pastebėti, kad procesorius linkęs įkaisti intensyvaus naudojimo metu, pavyzdžiui, žaidžiant ar imituojant, dėl ko ventiliatorius įsijungia arba padidina jo greitį, kad išsklaidytų karštis. Kai procesorius atvės, ventiliatorius grįžta į įprastą srautą arba išsijungia.

Šiame „pasidaryk pats“ vadove sukonstruosime paprastą temperatūros valdomą ventiliatorių, kuris įsijungia ir išsijungia esant iš anksto nustatytoms temperatūros vertėms, grandinėje nereikalaujant mikrovaldiklio.

Ko Jums prireiks

Norėdami sukurti šį projektą, jums reikės šių komponentų, kuriuos galite įsigyti internetinėse elektronikos parduotuvėse.

  • Lyginamasis IC LM393
  • Temperatūros jutiklis LM35
  • Operacinis stiprintuvas LM741
  • ULN2003 Darlingtono poros tranzistorius IC
  • DC ventiliatorius
    • instagram viewer
  • Keletas rezistoriai
  • Įtampos reguliatorius LM7805
  • Jungiamieji laidai
  • Veroboard
  • Skaitmeninis multimetras
  • 12V baterija
  • Litavimo stotis (pasirinktinai: galite pastatyti šį projektą ir ant duonos lentos)

Problema: nuolatinis greitas nuolatinės srovės ventiliatoriaus perjungimas

Atliekant šią „pasidaryk pats“ užduotį, norime, kad ventiliatorius įsijungtų, kai temperatūros jutiklis pajunta 38 °C (100 °F) ar aukštesnę temperatūrą, ir išsijungtų, kai temperatūra nukrenta žemiau šios ribos. Temperatūros jutikliai suteikia grandinei išvesties įtampą, kuri gali būti naudojama ventiliatoriui valdyti. Mums reikia įtampos palyginimo grandinės, naudojant LM393, kad galėtume palyginti šią įtampos išvestį su etalonine įtampa.

Norėdami padidinti temperatūros jutiklio išvestą įtampą, naudojame LM741 neinvertuojantį stiprintuvas, kad padidintų šią įtampą, kurią galima palyginti su stabilia įtampos atskaita, kurią suteikia įtampa reguliatorius. Be to, mes naudojame LM7805 kaip 5 V nuolatinės srovės įtampos reguliatorių.

Pastebima, kad kai temperatūra artėja prie 38°C, grandinės išėjimas pradeda nuolat persijungti tarp įjungimo ir išjungimo pakopų dėl signalo triukšmo. Šis virpėjimas arba greitas perjungimas gali atsirasti, nebent temperatūra pakyla gerokai virš 38°C arba gerokai žemiau 38°C. Dėl šio nuolatinio perjungimo per ventiliatorių ir elektroninę grandinę teka didelė srovė, todėl šie komponentai perkaista arba sugadinami.

Schmitt Trigger: šios problemos sprendimas

Norėdami išspręsti šią problemą, naudojame Schmitt trigerio koncepciją. Tai apima teigiamo grįžtamojo ryšio taikymą neinvertuojančiam lyginamosios grandinės įėjimui, kuris leidžia grandinei perjungti iš aukšto loginio į žemą įtampą esant skirtingam įtampos lygiui. Naudojant šią schemą, galima išvengti daugybės klaidų, kurias sukelia triukšmas, kartu užtikrinant sklandų perjungimą, nes perjungimas į aukštą ir žemą loginį režimą vyksta esant skirtingiems įtampos lygiams.

Patobulintas temperatūros valdomas ventiliatorius: kaip jis veikia

Konstrukcija veikia integruotu požiūriu, kai jutiklio duomenys suteikia išėjimo įtampos lygį, kurį naudoja kiti grandinės elementai. Iš eilės aptarsime grandinės schemas, kad suprastumėte, kaip grandinė veikia.

Temperatūros jutiklis (LM35)

LM35 yra IC, skirtas kambario temperatūrai nustatyti ir duoda išėjimo įtampą, proporcingą temperatūrai Celsijaus skalėje. Mes naudojame LM35 TO-92 pakuotėje. Paprastai jis gali tiksliai matuoti temperatūrą nuo 0° iki 100°C, o tikslumas mažesnis nei 1°C.

Jį galima maitinti naudojant nuo 4 V iki 30 V nuolatinės srovės maitinimo šaltinį ir naudoja labai mažą 0,06 mA srovę. Tai reiškia, kad dėl mažo srovės suvartojimo jis savaime įkaista labai mažai, o vienintelė aptinkama šiluma (temperatūra) yra supančios aplinkos.

LM35 Celsijaus temperatūros išėjimas pateikiamas atsižvelgiant į paprastą linijinio perdavimo funkciją:

…kur:

• VOUT yra LM35 išėjimo įtampa milivoltais (mV).

• T yra temperatūra °C.

Pavyzdžiui, jei LM35 jutiklis aptinka maždaug 30 °C temperatūrą, jutiklio išvestis būtų beveik 300 mV arba 0,3 V. Tu gali išmatuokite įtampą skaitmeniniu multimetru. Šiame „pasidaryk pats“ projekte naudojame LM35 vamzdiniame vandeniui atspariame zonde; tačiau jis gali būti naudojamas be vamzdinio zondo, pavyzdžiui, IC.

Įtampos stiprinimo stiprintuvas naudojant LM741

Temperatūros jutiklio išėjimo įtampa yra milivoltais, todėl ją reikia sustiprinti, kad būtų sumažintas triukšmo poveikis signalui ir pagerinta signalo kokybė. Įtampos stiprinimas padeda mums naudoti šią vertę tolesniam palyginimui su stabilia etalonine įtampa, naudojant operacinį stiprintuvą LM741. Čia LM741 naudojamas kaip neinvertuojantis įtampos stiprintuvas.

Šios grandinės jutiklio išvestį sustipriname 13 kartų. LM741 veikia neinvertuojamoje operacinės stiprintuvo konfigūracijoje. Neinvertuojančio operatyvinio stiprintuvo perdavimo funkcija tampa:

Taigi imame R1 = 1kΩ ir R2 = 12kΩ.

Elektroninis jungiklių palyginiklis (LM393)

Kaip minėta aukščiau, elektroniniam perjungimui be trikdžių galima įdiegti Schmitt trigerį. Šiuo tikslu mes naudojame LM393 IC kaip įtampos palyginimo Schmitt paleidiklį. Mes naudojame 5 V etaloninę įtampą, kad apverstume LM393 įvestį. 5 V įtampos atskaita pasiekiama naudojant LM7805 įtampos reguliatorių IC. LM7805 veikia naudojant 12 V maitinimo šaltinį arba bateriją ir išveda nuolatinę 5 V DC įtampą.

Kitas LM393 įėjimas yra prijungtas prie neinvertuojančios operacinės stiprintuvo grandinės išvesties, kuri aprašyta aukščiau esančiame skyriuje. Tokiu būdu sustiprintą jutiklio vertę dabar galima palyginti su etalonine įtampa naudojant LM393. Teigiamas grįžtamasis ryšys įdiegtas lyginamajame įrenginyje LM393 Schmitt trigerio efektui. LM393 išėjimas yra aktyvus, o įtampos daliklis (rezistorių tinklas parodytas žaliai toliau pateiktoje diagramoje) naudojamas išėjime, siekiant sumažinti LM393 išėjimą (aukštą) iki 5 iki 6 V.

Mes naudojame dabartinį Kirchoffo įstatymą neinvertuojantiems kaiščiams, kad analizuotume grandinės elgseną ir optimalias rezistorių reikšmes. (Tačiau jos aptarimas nepatenka į šio straipsnio taikymo sritį.)

Rezistorių tinklą sukūrėme taip, kad kai temperatūra pakyla iki 39,5°C ir daugiau, LM393 persijungia į aukštą būseną. Dėl Schmitt trigerio efekto jis išlieka aukštas, net jei temperatūra nukrenta kiek žemiau 38°C. Tačiau LM393 lygintuvas gali rodyti žemą loginį signalą, kai temperatūra nukrenta žemiau 37 °C.

Srovės padidėjimas naudojant Darlingtono poros tranzistorius

Pagal grandinės reikalavimus LM393 išvestis dabar perjungiama tarp žemo ir aukšto loginio lygio. Tačiau LM393 komparatoriaus išėjimo srovė (max 20 mA be aktyvios aukštos konfigūracijos) yra gana maža ir negali valdyti ventiliatoriaus. Norėdami išspręsti šią problemą, ventiliatoriui valdyti naudojame ULN2003 IC Darlington poros tranzistorius.

ULN2003 sudaro septynios atviro kolektoriaus bendro emiterio tranzistorių poros. Kiekviena pora gali nešti 380 mA kolektoriaus-emiterio srovę. Atsižvelgiant į dabartinį nuolatinės srovės ventiliatoriaus poreikį, lygiagrečioje konfigūracijoje galima naudoti kelias Darlingtono poras, kad būtų padidinta maksimali srovės talpa. ULN2003 įvestis yra prijungta prie LM393 lygintuvo, o išvesties kaiščiai prijungti prie neigiamo nuolatinės srovės ventiliatoriaus gnybto. Kitas ventiliatoriaus gnybtas yra prijungtas prie 12 V akumuliatoriaus.

Grandinės elementai, išskyrus ventiliatorių ir akumuliatorių, yra integruoti į Veroboard litavimo būdu.

Viską sudėjus

Visa termoreguliuojamo ventiliatoriaus schema yra tokia. Visi IC maitinami iš 12 V nuolatinės srovės baterijos. Taip pat svarbu pažymėti, kad visi įžeminimai turi būti laikomi bendrais prie neigiamo akumuliatoriaus gnybto.

Grandinės testavimas

Norėdami išbandyti šią grandinę, kaip karšto oro šaltinį galite naudoti kambario šildytuvą. Padėkite temperatūros jutiklio zondą arti šildytuvo, kad jis galėtų aptikti karštą temperatūrą. Po kelių akimirkų jutiklio išvestyje pastebėsite temperatūros padidėjimą. Kai temperatūra viršija nustatytą 39,5°C slenkstį, įsijungia ventiliatorius.

Dabar išjunkite kambario šildytuvą ir leiskite grandinei atvėsti. Kai temperatūra nukris žemiau 37°C, pamatysite, kad ventiliatorius išsijungs.

Pasirinkite savo perjungiamo ventiliatoriaus temperatūros slenkstį

Temperatūros valdomos perjungimo ventiliatoriaus grandinės dažniausiai naudojamos daugelyje elektroninių ir elektrinių prietaisų bei įtaisų. Galite pasirinkti savo temperatūros vertes ventiliatoriaus įjungimui ir išjungimui, pasirinkdami atitinkamą varžų vertę Schmitt trigerio lyginamosios grandinės schemose. Panaši koncepcija gali būti naudojama kuriant temperatūros reguliuojamą ventiliatorių su kintamu perjungimo greičiu, ty greitu ir lėtu.