A Schmitt trigger segítségével egyszerű hőmérséklet-vezérelt ventilátort építhet, amely a beállított hőmérsékleten kapcsol be és ki, mikrokontroller nélkül.

Különféle elektronikus eszközöknél, például CPU-knál és játékkonzoloknál megfigyelhette, hogy a processzor hajlamos felmelegedni. intenzív használat, például játék vagy szimuláció során, ami a ventilátor bekapcsolásához vagy sebességének növeléséhez vezet, hogy eloszlassa a hőség. Amikor a processzor lehűl, a ventilátor visszatér a normál áramláshoz, vagy kikapcsol.

Ebben a barkácsolási útmutatóban egy egyszerű hőmérséklet-vezérelt ventilátort építünk, amely előre meghatározott hőmérsékleti értékeken kapcsol be és ki, anélkül, hogy az áramkörében mikrovezérlő egység kellene.

Amire szüksége lesz

A projekt felépítéséhez a következő alkatrészekre lesz szüksége, amelyeket online elektronikai üzletekben szerezhet be.

  • Összehasonlító IC LM393
  • Hőmérséklet érzékelő LM35
  • LM741 műveleti erősítő
  • ULN2003 Darlington páros tranzisztor IC
  • DC ventilátor
    • instagram viewer
  • Néhány ellenállások
  • LM7805 feszültségszabályozó
  • Csatlakozó vezetékek
  • Veroboard
  • Digitális multiméter
  • 12V-os akkumulátor
  • Forrasztóállomás (Opcionális: ezt a projektet kenyérsütőtáblára is megépítheti)

A probléma: Az egyenáramú ventilátor folyamatos gyors kapcsolása

Ennél a barkácsolási feladatnál azt szeretnénk, hogy a ventilátor bekapcsoljon, ha a hőmérséklet-érzékelő 38°C-os vagy magasabb hőmérsékletet érzékel, és kikapcsoljon, ha a hőmérséklet e küszöb alá csökken. Hőmérséklet-érzékelők biztosítják az áramkört a ventilátor vezérlésére használható feszültségkimenettel. Szükségünk van egy LM393-at használó feszültség-összehasonlító áramkörre, hogy összehasonlítsuk ezt a kimeneti feszültséget egy referenciafeszültséggel.

A hőmérséklet-érzékelő kimeneti feszültségének növelésére egy LM741-es, nem invertáló működésűt használunk. erősítő a feszültség növeléséhez, amely összehasonlítható a feszültség által biztosított stabil feszültségreferenciával szabályozó. Ezenkívül egy LM7805-öt használunk 5 V-os DC feszültségszabályozóként.

Megfigyelhető, hogy amikor a hőmérséklet megközelíti a 38 °C-ot, az áramköri kimenet a jel zaja miatt ismételten kapcsolni kezd a be- és kikapcsolási fokozatok között. Ez a rezgés vagy gyors váltás akkor fordulhat elő, ha a hőmérséklet nem esik jóval 38 °C fölé vagy jóval 38 °C alá. Ez a folyamatos kapcsolás nagy áramerősséget okoz a ventilátoron és az elektronikus áramkörön keresztül, ami túlmelegedéshez vagy az alkatrészek károsodásához vezet.

Schmitt Trigger: megoldás erre a problémára

A probléma megoldására a Schmitt-trigger koncepciót használjuk. Ez azt jelenti, hogy pozitív visszacsatolást kell alkalmazni egy komparátor áramkör nem invertáló bemenetére, amely lehetővé teszi az áramkör számára, hogy különböző feszültségszinteken váltson a logikai magas és a logikai alacsony között. Ezzel a sémával számos zaj okozta hiba megelőzhető a zökkenőmentes kapcsolás mellett, mivel a logikai magasra és alacsonyra kapcsolás különböző feszültségszinteken történik.

A továbbfejlesztett, szabályozott hőmérsékletű ventilátor: Hogyan működik

A tervezés integrált megközelítésben működik, amelyben a szenzoradatok megadják a kimeneti feszültségszintet, amelyet más áramköri elemek felhasználnak. Sorban tárgyaljuk az áramköri vázlatokat, hogy betekintést nyújtsunk az áramkör működésébe.

Hőmérséklet érzékelő (LM35)

Az LM35 egy IC a szobahőmérséklet érzékelésére, és a Celsius-skálán a hőmérséklettel arányos kimeneti feszültséget ad. Az LM35-öt TO-92 kiszerelésben használjuk. Névlegesen 0° és 100°C között tud pontosan mérni a hőmérsékletet, 1°C-nál kisebb pontossággal.

4 V-tól 30 V-ig terjedő egyenáramú tápegységről táplálható, és nagyon alacsony, 0,06 mA áramot vesz fel. Ez azt jelenti, hogy az alacsony áramfelvétel miatt nagyon alacsony az önmelegedése, és az egyetlen hőt (hőmérsékletet) érzékeli a környező környezetből.

Az LM35 Celsius-hőmérséklet-kimenetét egy egyszerű lineáris átviteli függvény alapján adjuk meg:

…ahol:

• A VOUT az LM35 kimeneti feszültsége millivoltban (mV).

• T a hőmérséklet °C-ban.

Például, ha az LM35 érzékelő körülbelül 30 °C hőmérsékletet érzékel, az érzékelő kimenete közel 300 mV vagy 0,3 V. tudsz mérje meg a feszültséget digitális multiméterrel. Ebben a barkácsprojektben az LM35-öt egy cső alakú vízálló szondában használjuk; azonban cső alakú szonda nélkül is használható, mint például az IC.

Feszültségerősítő erősítő LM741 használatával

A hőmérséklet-érzékelő kimeneti feszültsége millivoltban van megadva, ezért erősítésre van szükség, hogy elnyomja a jelre gyakorolt ​​zajhatást, és javítsa a jel minőségét. A feszültségerősítés segítségével ezt az értéket egy LM741 műveleti erősítő segítségével stabil referenciafeszültséggel való összehasonlításhoz használhatjuk. Itt az LM741-et nem invertáló feszültségerősítőként használják.

Ennél az áramkörnél az érzékelő kimenetét 13-szorosára erősítjük. Az LM741 nem invertáló műveleti erősítő konfigurációban működik. A nem invertáló műveleti erősítő átviteli funkciója:

Vegyünk tehát R1 = 1kΩ és R2 = 12kΩ.

Elektronikus kapcsoló-komparátor (LM393)

Mint fentebb említettük, a hibamentes elektronikus kapcsolás érdekében Schmitt trigger is megvalósítható. Erre a célra egy LM393 IC-t használunk feszültség-összehasonlító Schmitt triggerként. 5 V-os referenciafeszültséget használunk az LM393 bemenetének invertálásához. Az LM7805 feszültségszabályozó IC segítségével 5 V feszültségreferencia érhető el. Az LM7805 12 V-os tápegységgel vagy akkumulátorral működik, és állandó 5 V egyenfeszültséget ad ki.

Az LM393 másik bemenete a nem invertáló műveleti erősítő áramkör kimenetére csatlakozik, amit a fenti részben ismertetünk. Ily módon a felerősített érzékelő értéke most összehasonlítható a referenciafeszültséggel az LM393 segítségével. Az LM393 komparátoron pozitív visszacsatolás van megvalósítva a Schmitt trigger effektushoz. Az LM393 kimenetét aktívan magasan tartják, és a feszültségosztót (az ellenálláshálózat az alábbi ábrán zöld színnel jelöltük) a kimeneten használják az LM393 kimenetének (magas) csökkentésére 5-6 V-ra.

Kirchoff jelenlegi törvényét használjuk a nem invertáló lábakra az áramkör viselkedésének és az optimális ellenállásértékek elemzéséhez. (A tárgyalás azonban túlmutat e cikk keretein.)

Az ellenálláshálózatot úgy alakítottuk ki, hogy amikor a hőmérsékletet 39,5°C-ra vagy magasabbra emeljük, az LM393 magas állapotba kapcsol. A Schmitt trigger hatásnak köszönhetően akkor is magas marad, ha a hőmérséklet valamivel 38°C alá csökken. Azonban az LM393 komparátor logikai alacsony értéket adhat ki, ha a hőmérséklet 37 °C alá esik.

Áramnyereség Darlington páros tranzisztorok használatával

Az LM393 kimenete most vált a logikai alacsony és magas szint között, az áramköri követelményeknek megfelelően. Az LM393 komparátor kimeneti árama (max. 20 mA aktív magas konfiguráció nélkül) azonban meglehetősen alacsony, és nem tud ventilátort működtetni. A probléma megoldására ULN2003 IC Darlington páros tranzisztorokat használunk a ventilátor meghajtására.

Az ULN2003 hét nyitott kollektoros közös emitteres tranzisztorpárból áll. Mindegyik pár 380 mA-es kollektor-emitter áramot hordozhat. Az egyenáramú ventilátor jelenlegi igénye alapján több Darlington pár használható párhuzamos konfigurációban a maximális áramkapacitás növelése érdekében. Az ULN2003 bemenete az LM393 komparátorhoz, a kimeneti érintkezők pedig az egyenáramú ventilátor negatív kivezetéséhez csatlakoznak. A ventilátor másik kivezetése egy 12 V-os akkumulátorhoz csatlakozik.

Az áramköri elemek a ventilátor és az akkumulátor kivételével forrasztással vannak a Veroboard-on integrálva.

Mindent összerakva

A hőmérséklet-szabályozott ventilátor teljes sematikus diagramja a következő. Minden IC egy 12 V-os DC akkumulátorról kap áramot. Azt is fontos megjegyezni, hogy minden földelést közösen kell tartani az akkumulátor negatív pólusánál.

Az áramkör tesztelése

Ennek az áramkörnek a teszteléséhez szobafűtőt használhat meleg levegő forrásként. Helyezze a hőmérséklet-érzékelő szondát a fűtőelem közelébe, hogy érzékelje a meleg hőmérsékletet. Néhány pillanat múlva a hőmérséklet növekedését tapasztalja az érzékelő kimenetén. Ha a hőmérséklet meghaladja a beállított 39,5°C-os küszöböt, a ventilátor bekapcsol.

Most kapcsolja ki a szobafűtést, és hagyja lehűlni a kört. Ha a hőmérséklet 37°C alá esik, látni fogja, hogy a ventilátor kikapcsol.

Válassza ki a saját hőmérsékleti küszöbét egy kapcsolóventilátorhoz

A hőmérséklet-vezérelt kapcsoló ventilátor áramköröket általában számos elektronikus és elektromos készülékben és kütyüben használják. A ventilátor be- és kikapcsolásához saját hőmérsékleti értékeket állíthat be, ha kiválasztja az ellenállások megfelelő értékét a Schmitt trigger komparátor áramkör kapcsolási rajzain. Hasonló koncepcióval tervezhető hőmérséklet-szabályozott ventilátor változó kapcsolási sebességgel, azaz gyors és lassú.