Schmitt-laukaisimen avulla voit rakentaa yksinkertaisen lämpötilasäädetyn tuulettimen, joka kytkeytyy päälle ja pois asetetussa lämpötilassa ilman mikro-ohjainta.

Olet ehkä huomannut useissa elektronisissa laitteissa, kuten prosessoreissa ja pelikonsoleissa, että prosessori kuumenee intensiivisen käytön, kuten pelaamisen tai simuloinnin aikana, jolloin tuuletin kytkeytyy päälle tai nostetaan sen nopeutta haihduttaakseen lämpöä. Kun prosessori jäähtyy, tuuletin palaa normaaliin virtaukseen tai sammuu.

Tässä tee-se-itse-oppaassa rakennamme yksinkertaisen lämpötilasäädetyn tuulettimen, joka kytkeytyy päälle ja pois päältä ennalta määrätyissä lämpötila-arvoissa ilman, että piiriin tarvitaan mikro-ohjainyksikköä.

Mitä tarvitset

Tämän projektin rakentamiseen tarvitset seuraavat komponentit, joita voit saada verkkoelektroniikkaliikkeistä.

  • Komparaattori IC LM393
  • Lämpötila-anturi LM35
  • Operaatiovahvistin LM741
  • ULN2003 Darlington-paritransistori IC
  • DC tuuletin
  • Muutama vastukset
  • Jännitteensäädin LM7805
  • Kytkentäjohdot
  • Veroboard
  • Digitaalinen yleismittari
  • 12V akku
  • Juotosasema (valinnainen: voit rakentaa tämän projektin myös leipälaudalle)

Ongelma: DC-tuulettimen jatkuva nopea kytkentä

Tätä tee-se-itse-tehtävää varten haluamme tuulettimen käynnistyvän, kun lämpötila-anturi havaitsee 38 °C: n (100 °F) tai korkeamman lämpötilan, ja sammuvan, kun lämpötila laskee tämän kynnyksen alapuolelle. Lämpötila-anturit antavat piirille jännitteen, jota voidaan käyttää tuulettimen ohjaamiseen. Tarvitsemme LM393:a käyttävän jännitevertailupiirin vertaamaan tätä jännitelähtöä vertailujännitteeseen.

Lämpötila-anturin jännitteen tehostamiseksi käytämme ei-invertoivaa LM741-toimintoa vahvistin skaalaamaan tätä jännitettä, jota voidaan verrata jännitteen tarjoamaan vakaaseen jännitereferenssiin säädin. Lisäksi käytämme LM7805:tä 5 V: n tasajännitesäätimenä.

On havaittu, että kun lämpötila lähestyy 38°C, piirin lähtö alkaa toistuvasti kytkeytyä päälle- ja pois-asteiden välillä signaalin kohinan vuoksi. Tätä värinää tai nopeaa vaihtoa voi esiintyä, ellei lämpötila nouse selvästi yli 38 °C tai selvästi alle 38 °C. Tämä jatkuva kytkentä saa aikaan suuren virran kulkemisen tuulettimen ja elektroniikkapiirin läpi, mikä johtaa näiden komponenttien ylikuumenemiseen tai vaurioitumiseen.

Schmitt Trigger: Ratkaisu tähän ongelmaan

Tämän ongelman ratkaisemiseksi käytämme Schmitt-laukaisukonseptia. Tämä sisältää positiivisen palautteen käyttämisen vertailupiirin ei-invertoivaan tuloon, mikä mahdollistaa piirin vaihtamisen loogisen korkean ja loogisen matalan välillä eri jännitetasoilla. Tällä menetelmällä voidaan estää lukuisia kohinan aiheuttamia virheitä samalla kun varmistetaan saumaton kytkentä, koska kytkentä loogiseen korkeaan ja matalaan tapahtuu eri jännitetasoilla.

Parannettu lämpötilaohjattu tuuletin: miten se toimii

Suunnittelu toimii integroidusti, jossa anturin tiedot antavat lähtöjännitetason, jota muut piirielementit käyttävät. Keskustelemme piirikaavioista järjestyksessä antaaksemme sinulle käsityksen siitä, kuinka piiri toimii.

Lämpötila-anturi (LM35)

LM35 on IC huonelämpötilan mittaamiseen ja antaa ulostulojännitteen, joka on verrannollinen lämpötilaan Celsius-asteikolla. Käytämme LM35:tä TO-92 pakkauksessa. Nimellisesti se voi mitata lämpötilan tarkasti välillä 0° - 100°C, tarkkuudella alle 1°C.

Se voidaan kytkeä 4 V - 30 V DC virtalähteellä ja se ottaa erittäin alhaisen 0,06 mA virran. Se tarkoittaa, että sillä on erittäin alhainen itsekuumeneminen alhaisen virrankulutuksen vuoksi, ja ainoa lämpö (lämpötila), jonka se havaitsee, on ympäröivästä ympäristöstä.

LM35:n Celsius-lämpötilan tuotto on annettu yksinkertaisen lineaarisen siirtofunktion perusteella:

…missä:

• VOUT on LM35-lähtöjännite millivoltteina (mV).

• T on lämpötila °C.

Esimerkiksi, jos LM35-anturi havaitsee noin 30 °C: n lämpötilan, anturin lähtö on lähes 300 mV tai 0,3 V. Sinä pystyt mittaa jännite digitaalisella yleismittarilla. Käytämme LM35:tä putkimaisessa vedenpitävässä anturissa tässä tee-se-itse-projektissa; sitä voidaan kuitenkin käyttää ilman putkimaista anturia, kuten IC: tä.

Jännitteen vahvistuksen vahvistin LM741:llä

Lämpötila-anturin lähtöjännite on millivolteissa, joten se tarvitsee vahvistusta signaaliin kohdistuvan kohinan vaikutuksen vaimentamiseksi ja myös signaalin laadun parantamiseksi. Jännitevahvistuksen avulla voimme käyttää tätä arvoa eteenpäin vertailuun vakaan referenssijännitteen kanssa LM741-operaatiovahvistimen avulla. Tässä LM741:tä käytetään ei-invertoivana jännitevahvistimena.

Tässä piirissä vahvistamme anturin lähtöä kertoimella 13. LM741:tä käytetään ei-invertoivassa operaatiovahvistimessa. Ei-invertoivan operaatiovahvistimen siirtofunktiosta tulee:

Otetaan siis R1 = 1kΩ ja R2 = 12kΩ.

Electronic Switch Comparator (LM393)

Kuten edellä mainittiin, häiriöttömään elektroniseen kytkentään voidaan toteuttaa Schmitt-laukaisin. Tätä tarkoitusta varten käytämme LM393 IC: tä jännitevertailijan Schmitt-laukaisimena. Käytämme 5 V: n referenssijännitettä LM393:n sisääntulon kääntämiseen. LM7805-jännitesäätimen IC: n avulla saavutetaan 5 V jänniteohje. LM7805 toimii 12 V: n virtalähteellä tai akulla, ja se tuottaa tasaisen 5 V DC: n.

LM393:n toinen tulo on kytketty ei-invertoivan operaatiovahvistinpiirin lähtöön, joka on kuvattu yllä olevassa osiossa. Tällä tavalla vahvistettua anturin arvoa voidaan nyt verrata referenssijännitteeseen käyttämällä LM393:a. Positiivinen palaute on toteutettu komparaattorissa LM393 Schmitt-laukaisuefektille. LM393:n lähtö pidetään aktiivisena korkealla ja jännitteenjakajaa (vastusverkko näkyy vihreänä alla olevassa kaaviossa) käytetään lähdössä pienentämään LM393:n lähtöä (korkea) 5 - 6 V: iin.

Käytämme Kirchoffin nykyistä lakia ei-invertoivissa nastoissa piirien käyttäytymisen ja vastuksen optimaalisten arvojen analysoimiseen. (Sen keskustelu ei kuitenkaan kuulu tämän artikkelin piiriin.)

Olemme suunnitelleet vastusverkon siten, että kun lämpötila nostetaan 39,5°C: een tai yli, LM393 kytkeytyy korkeaan tilaan. Schmitt-trigger-efektin ansiosta se pysyy korkeana, vaikka lämpötila putoaisi hieman alle 38°C. LM393-vertailija voi kuitenkin tuottaa matalan logiikan, kun lämpötila laskee alle 37 °C.

Virran vahvistus Darlington-paritransistoreilla

LM393:n lähtö vaihtaa nyt logiikan matalan ja korkean välillä piirivaatimusten mukaisesti. LM393-vertailijan lähtövirta (max 20mA ilman aktiivista korkeaa konfiguraatiota) on kuitenkin melko alhainen eikä pysty ohjaamaan tuuletinta. Tämän ongelman ratkaisemiseksi käytämme ULN2003 IC Darlington -paritransistoreja tuulettimen ohjaamiseen.

ULN2003 koostuu seitsemästä avoimen kollektorin yhteisemitteritransistoriparista. Jokainen pari voi kuljettaa 380 mA kollektori-emitterivirtaa. Tasavirtapuhaltimen nykytarpeen perusteella voidaan käyttää useita Darlington-pareja rinnakkain maksimivirtakapasiteetin lisäämiseksi. ULN2003:n tulo on kytketty LM393-vertailijaan ja lähtönastat on kytketty tasavirtapuhaltimen negatiiviseen napaan. Tuulettimen toinen napa on kytketty 12 V akkuun.

Piirielementit, paitsi tuuletin ja akku, on integroitu Veroboardiin juottamalla.

Laittamalla kaikki yhteen

Lämpötila-ohjatun tuulettimen täydellinen kaavio on seuraava. Kaikki IC: t saavat virtaa 12 V DC akusta. On myös tärkeää huomata, että kaikki maadoitukset on pidettävä yhteisinä akun negatiivisessa navassa.

Piirin testaus

Tämän piirin testaamiseksi voit käyttää huoneenlämmitintä kuuman ilman lähteenä. Aseta lämpötila-anturin anturi lähelle lämmitintä, jotta se havaitsee kuuman lämpötilan. Muutaman hetken kuluttua anturin ulostulossa näkyy lämpötilan nousu. Kun lämpötila ylittää asetetun 39,5°C: n kynnyksen, puhallin kytkeytyy päälle.

Kytke nyt huonelämmitin pois päältä ja anna piirin jäähtyä. Kun lämpötila laskee alle 37°C, tuuletin sammuu.

Valitse oma lämpötilakynnys vaihtotuulettimelle

Lämpötilaohjattuja tuuletinpiirejä käytetään yleisesti monissa elektronisissa ja sähkölaitteissa ja laitteissa. Voit valita omat lämpötila-arvosi puhaltimen päälle- ja poiskytkentää varten valitsemalla sopivat vastusten arvot Schmitt-liipaisuvertailupiirin kaavioista. Samankaltaisella konseptilla voidaan suunnitella lämpötilaohjattu tuuletin, jossa on vaihtelevat kytkentänopeudet, eli nopea ja hidas.