termometr dynamiczny

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
P R O J E K T Y
Termometr dynamiczny
Termometr dynamiczny
kit AVT−246
W†artykule opisano
nieskomplikowany uk³ad do
pomiaru temperatury. Moøe
on mierzyÊ temperatury
w†przedziale -30..+150
o
C. Na
wyjúciu pojawia siÍ napiÍcie
odpowiadaj¹ce temperaturze
wyraøonej w†stopniach
Celsjusza ze wspÛ³czynnikiem
10mV/
o
C.
Bardzo cenn¹ zalet¹
uk³adu jest moøliwoúÊ
wspÛ³pracy jednego
przetwornika z†kilkoma
czujnikami, a†takøe moøliwoúÊ
wymiany czujnikÛw bez
potrzeby kaødorazowej
kalibracji termometru. Uk³ad
moøe byÊ wykorzystany do
wspÛ³pracy z†modu³ami
rodziny AVT-104, albo
z†dowolnym woltomierzem
napiÍcia sta³ego
o†zakresie 2V.
W†ci¹gu kilku lat
istnienia EP zaprezentowano na
jej ³amach szereg uk³adÛw auto-
matyki, regulacji i†sterowania.
MiÍdzy innymi przedstawiono
wiele sposobÛw pomiaru tempe-
ratury. Kity AVT-104/1, AVT-233,
AVT-242 ciesz¹ siÍ ci¹gle nies³ab-
n¹cym zainteresowaniem. Wymie-
nione uk³ady maj¹ szereg zalet,
ale teø jedn¹ wspÛln¹ wadÍ: przy
wymianie uszkodzonego czujnika
na inny egzemplarz wymagaj¹
ponownej kalibracji. O†ile jedno-
razowa kalibracja po wykonaniu
uk³adu jest czymú samo przez siÍ
zrozumia³ym, to dla urz¹dzenia,
ktÛre zosta³o zainstalowane do
ci¹g³ej pracy w†jakimú systemie
automatyki, ponowna kalibracja
moøe wi¹zaÊ siÍ ze znacznymi
niewygodami.
W†niniejszym artykule, do ktÛ-
rego pomys³ zaczerpniÍto z†mie-
siÍcznika Elektor Elektronik,
przedstawiono jeszcze jeden spo-
sÛb pomiaru temperatury, ktÛry
nie ma wspomnianej wady. Uk³ad
wymaga jednokrotnej kalibracji,
natomiast po wymianie czujnika
nie wymaga ani kalibracji, ani
sprawdzania parametrÛw.
Wszystko to dziÍki zastosowa-
niu oryginalnego sposobu pomiaru.
W wiÍkszoúci uk³adÛw pomia-
ru temperatury wykorzystuje siÍ
zaleønoúÊ od temperatury napiÍ-
cia na z³¹czu p-n. Jak wiadomo,
przy sta³ym pr¹dzie przewodze-
nia, napiÍcie na z³¹czu p-n
zmniejsza siÍ o†oko³o 2..2,3mV na
kaødy stopieÒ przyrostu tempera-
tury.
Tym z³¹czem
moøe byÊ zwyk³a dioda, z³¹cze
tranzystora, albo teø specjalizowa-
ny uk³ad scalony, zawieraj¹cy
dodatkowe uk³ady przetwarzania
i†kompensacji (LM335, LM35,
itp.).
OgÛlna zasada pracy czujnikÛw
temperatury tego typu jest poka-
zana na
rys. 1
.
Rys. 1a pokazuje stosowan¹
najczÍúciej metodÍ z†wykorzysta-
niem ürÛd³a pr¹dowego. Przy bliø-
szej analizie obwodu okazuje siÍ,
øe napiÍcie na z³¹czu (reprezen-
towanym na rysunku przez diodÍ)
nie zmienia siÍ idealnie liniowo
wraz ze zmianami temperatury.
NapiÍcie na z³¹czu p-n wyraøa siÍ
bowiem wzorem
W
q
kT
q
A
T
I
n
U
pn
•
ln
F
a)
b)
gdzie:
W
g
- rÛønica energii miÍdzy pas-
mem walencyjnym i†przewo-
dzenia;
k†- sta³a Boltzmana;
q†- ³adunek elektronu;
A†- sta³a zaleøna od geometrii
z³¹cza;
T†- temperatura bezwzglÍdna (w
Kelwinach);
n†- wyk³adnik potÍgi (dla krzemu
oko³o 3);
I
F
- pr¹d przewodzenia z³¹cza.
Nie wg³Íbiaj¹c siÍ w†szczegÛ³y,
naleøy zauwaøyÊ, øe napiÍcie nie
tylko liniowo zmniejsza siÍ zgod-
nie z†czynnikiem
kT
q
Rys. 1. Najprostsze przetworniki
temperatura−napięcie.
Elektronika Praktyczna 2/98
49
g
−
=
Termometr dynamiczny
a)
piÍcie na rezystorze, a†to oznacza
wzrost pr¹du p³yn¹cego przez
rezystor, czyli pr¹du I
F
. Rozwaøa-
nia dotycz¹ce optymalnego dobo-
ru napiÍcia zasilania i†wartoúci
rezystora z†rys. 1b wykraczaj¹ po-
za ramy tego artyku³u.
W†kaødym razie, obie metody
z†rys. 1†nie tylko nie gwarantuj¹
idealnej liniowoúci, ale teø napiÍ-
cie zaleøy od egzemplarza uøytej
diody lub tranzystora. Rozrzuty
parametrÛw dla poszczegÛlnych eg-
zemplarzy, nawet pochodz¹cych
z†tej samej serii produkcyjnej, siÍ-
gaj¹ kilku stopni. Kaøda wymiana
czujnika musi siÍ wiÍc wi¹zaÊ
z†ponown¹ kalibracj¹ i†to kalibra-
cj¹ dwupunktow¹ (to znaczy dla
dwÛch rÛønych temperatur). Oczy-
wiúcie, przy pomiarach kilku czuj-
nikami, kaødy czujnik musi wspÛ³-
pracowaÊ z†oddzielnym uk³adem
kalibracji, nie moøna wiÍc zasto-
sowaÊ wspÛlnego przetwornika.
Wymienionych niedostatkÛw
nie ma opisany dalej uk³ad, opie-
raj¹cy swe dzia³anie na zmianie
rezystancji dynamicznej z³¹cza
pod wp³ywem temperatury.
spadek napiÍcia zaleøny od war-
toúci tego pr¹du. W†najprostszym
przypadku zmiany napiÍcia mog¹
mieÊ charakter skokowy, czyli
przebieg pr¹du moøe mieÊ kszta³t
prostok¹tny. W†uk³adzie z†rys. 2a
zapewniaj¹ to dwa ürÛd³a pr¹do-
we i†generator steruj¹cy prze³¹cza-
niem tych ürÛde³.
W†efekcie na diodzie wyst¹pi
napiÍcie o†przebiegu pokazanym
na
rys. 2b
. årednie napiÍcie na
diodzie, oznaczone na rysunku
U
D
, tym razem nas zupe³nie nie
interesuje. Oczywiúcie, to napiÍ-
cie bÍdzie zaleøeÊ od temperatu-
ry, ale nie tÍ zaleønoúÊ wykorzys-
tamy. InteresowaÊ nas bÍdzie war-
toúÊ zmian napiÍcia
b)
Rys. 2. Zasada działania
przetwornika wykorzystującego
zmiany rezystancji dynamicznej.
U. Okazuje
siÍ, øe wartoúÊ tych zmian jest
wprost proporcjonalna do tempe-
ratury. Oczywiúcie, zaleøy teø od
wartoúci pr¹dÛw I
1
oraz I
2
. Dla
nas jest bardzo waøne, øe jeúli
oba pr¹dy bÍd¹ zmieniaÊ siÍ
w†tym samym stosunku, to ich
bezwzglÍdne wartoúci nie musz¹
byÊ wcale sta³e. Innymi s³owami
wystarczy utrzymaÊ sta³¹ wartoúÊ
stosunku I
1
/I
2
, a†to z†technicznego
punktu widzenia nie jest trudne.
Wracaj¹c do rys. 2b, moøemy
podsumowaÊ powyøszy wywÛd,
øe jeúli utrzymamy sta³¹ wartoúÊ
stosunku I
1
/I
2
, to zmiany napiÍcia
ale takøe nieco zmienia siÍ nie-
liniowo wskutek czynnika
ln
A
T
I
n
F
Ten drugi czynnik powoduje,
øe w†zakresie zmian temperatury
o†150
o
C, nieliniowoúÊ wynosi
mniej wiÍcej 0,5
o
C. W†praktyce
nie jest to duøo, ale w†najbardziej
precyzyjnych uk³adach pomiaru
temperatury jest to b³¹d nie do
pominiÍcia.
Wspomniany drugi szkodliwy
czynnik moøna w†duøym stopniu
wyeliminowaÊ, zmieniaj¹c odpo-
wiednio wartoúÊ I
F
w†funkcji tem-
peratury. Chodzi o†to, by
Zasada dzia³ania
Nie wchodz¹c g³Íboko w†teoriÍ
pÛ³przewodnikÛw i†pomin¹wszy
zawi³e rozwaøania, wystarczy za-
poznaÊ siÍ z†koÒcowymi wnioska-
mi analizy:
rezystancja dynamicz-
na (rÛøniczkowa), czyli przyrost
napiÍcia na diodzie przy przyroú-
cie pr¹du, liniowo zaleøy od
temperatury.
Øeby praktycznie wykorzystaÊ
ten wniosek, wystarczy zbudowaÊ
uk³ad, ktÛrego zasada dzia³ania
jest pokazana na
rys. 2a
.
Chodzi o†to, by przez diodÍ
przepuszczaÊ pr¹d o†zmieniaj¹cym
siÍ natÍøeniu. Na diodzie wyst¹pi
U bÍd¹ úciúle proporcjonalne do
temperatury. Ze wzrostem tempe-
ratury wielkoúÊ
U bÍdzie linio-
wo ros³a.
Naleøy tu podkreúliÊ, øe jest to
przeciwnie, niø w†przypadku
zmian napiÍcia przewodzenia -
napiÍcie przewodzenia U
D
maleje
ze wzrostem temperatury. NapiÍ-
cie przewodzenia, jak wiadomo,
zmienia siÍ ze stosunkowo duøym
wspÛ³czynnikiem -2..-2,3mV/
o
C.
Natomiast zmiany napiÍcia
A
T
I
n
ln
const
.
F
n
F
=
czyli pr¹d I
F
powinien zwiÍkszaÊ
siÍ ze wzrostem temperatury tak
samo, jak zwiÍksza siÍ czynnik T
n
.
Moøe to siÍ wydaÊ dziwne, ale
nieco lepsz¹ liniowoúÊ moøna
uzyskaÊ w†uk³adzie ze sta³¹ war-
toúci¹ napiÍcia, a†nie pr¹du.
Niedoskona³¹, ale przybliøon¹
kompensacjÍ wspomnianego
szkodliwego czynnika moøna
uzyskaÊ w†uk³adzie z†rys. 1b, do-
bieraj¹c odpowiednio wartoúci na-
piÍcia i†rezystancji. Naleøy za-
uwaøyÊ, øe wraz ze wzrostem
temperatury napiÍcie na diodzie
siÍ zmniejsza, czyli przy sta³ym
napiÍciu zasilaj¹cym wzrasta na-
const
U
Rys. 3. Schemat blokowy modułu.
50
Elektronika Praktyczna 2/98
Aby to osi¹gn¹Ê naleøy zapewniÊ:
T
I
Termometr dynamiczny
maj¹ wspÛ³czynnik zaleøny od
stosunku I
1
/I
2
, i†przy I
1
/I
2
= 10
wynosi on mniej wiÍcej 0,2mV/
o
C.
Wprawdzie zmiany, ktÛre trze-
ba wykryÊ i†zmierzyÊ s¹ tu znacz-
nie mniejsze, ale na szczÍúcie
w†grÍ wchodzi przebieg zmienny,
ktÛry moøna bez trudu i†bez is-
totnych b³ÍdÛw wzmocniÊ we
wzmacniaczu zmiennopr¹dowym.
Dlatego do wykonania prak-
tycznego uk³adu pomiarowego,
pracuj¹cego na przedstawionej za-
sadzie, potrzebne s¹ bloki poka-
zane na
rys. 3
.
Zmienny sygna³ z†diody po-
miarowej (pokazany na rys. 2b)
jest podawany na wzmacniacz
przebiegu zmiennego. Wzmocnio-
ny sygna³ prostok¹tny jest pros-
towany w†specjalnym prostowni-
ku synchronicznym. Zmian¹ pr¹-
du diody pomiarowej i†prac¹ pros-
townika zarz¹dza generator steru-
j¹cy. Na wyjúciu prostownika
uzyskuje siÍ napiÍcie sta³e, rÛwne
miÍdzyszczytowej wartoúci
wzmocnionego przebiegu zmien-
nego. To napiÍcie sta³e jest po-
dawane na uk³ad kalibracji, na
ktÛrego wyjúciu jest dostÍpne na-
piÍcie úciúle odpowiadaj¹ce tem-
peraturze wyraøonej w†stopniach
Celsjusza, o†wspÛ³czynniku
+10mV/
o
C (co daje na przyk³ad
0V przy 0
o
C, -200mV przy -20
o
C
i†+1,00V przy +100
o
C).
Dla uzyskania takiego sygna³u
wyjúciowego uk³ad musi teø za-
wieraÊ precyzyjne ürÛd³o napiÍcia
wzorcowego.
Zasada pracy prostownika syn-
chronicznego jest zilustrowana na
rys. 4
. Rys. 4a pokazuje uprosz-
czony schemat ideowy, a†rys. 4b
- przebiegi w†kluczowych punk-
tach oznaczonych A, B, C.
Celem jest uzyskanie na wyj-
úciu (punkt C) napiÍcia sta³ego,
o†wartoúci odpowiadaj¹cej wartoú-
ci miÍdzyszczytowej przebiegu
prostok¹tnego z†punktu A. Moøna
to ³atwo osi¹gn¹Ê, gdy praca
prze³¹cznika XYZ jest zsynchroni-
zowana z†przebiegiem w†punkcie
A. Jak widaÊ na rys. 4b, zawsze
gdy przebieg z†punktu A†ma war-
toúÊ bardziej dodatni¹, zwarte s¹
punkty Z-Y. Gdy prostowany prze-
bieg ma wartoúÊ bardziej ujemn¹,
zwarte s¹ punkty Z-X.
Zasada pracy jest bardzo pros-
ta. Przy zwarciu punktÛw Z-X,
kondensator umieszczony pomiÍ-
dzy punktami A†i†B†³aduje siÍ do
pewnego napiÍcia. Nie jest waøne,
jak¹ wartoúÊ ma to napiÍcie.
Waøne jest tylko, øe napiÍcie na
kondensatorze nie moøe nagle siÍ
zmieniÊ i†øe w†punkcie B†napiÍ-
cie ma wtedy dok³adnie wartoúÊ
zero - potencja³ masy.
W†momencie, gdy na wyjúciu
wzmacniacza pojawi siÍ ìgÛrna
po³Ûwkaî przebiegu zostan¹ zwar-
te punkty Z-Y. NapiÍcie w†punk-
cie A†wzroúnie od wartoúci ìbar-
dziej ujemnejî do wartoúci ìbar-
dziej dodatniejî, czyli dok³adnie
o†wartoúÊ miÍdzyszczytow¹ prosto-
wanego przebiegu zmiennego. Na-
piÍcie na kondensatorze nie moøe
siÍ gwa³townie zmieniÊ, bo w†kon-
densatorze zmagazynowany jest pe-
wien ³adunek. A†wiÍc po wzroúcie
napiÍcia w†punkcie A, dok³adnie
o†tyle samo wzroúnie napiÍcie
w†punkcie B. Tak wiÍc w†tej fazie
napiÍcie w†punkcie B†bÍdzie do-
k³adnie rÛwne napiÍciu miÍdzy-
szczytowemu prostowanego prze-
biegu. Pokazuje to przebieg napiÍ-
cia w†punkcie B†na rys. 4b.
Poniewaø punkty Z-Y s¹ zwarte,
napiÍcie na drugim kondensatorze,
czyli napiÍcie w†punkcie C†bÍdzie
rÛwne napiÍciu w†punkcie B. W†na-
stÍpnej fazie pracy, gdy znÛw
zwarte bÍd¹ punkty Z-X, ten drugi
kondensator bÍdzie pe³ni³ rolÍ pa-
miÍci - po prostu zapamiÍta na-
piÍcie miÍdzyszczytowe. W†rezulta-
cie, w†punkcie C napiÍcie sta³e
bÍdzie rÛwne miÍdzyszczytowej
wartoúci przebiegu badanego. Oczy-
wiúcie pod warunkiem, øe do
punktu C†nie bÍdzie do³¹czone ob-
ci¹øenie, zmieniaj¹ce napiÍcie na
tym drugim kondensatorze.
Bliøsza analiza pokazuje, øe na
wyjúciu prostownika moøe wyst¹-
piÊ nie tylko napiÍcie dodatnie,
ale i†ujemne. Wszystko to bÍdzie
zaleøeÊ od synchronizacji przebie-
gu prze³¹czaj¹cego prze³¹cznik
XYZ z†przebiegiem w†punkcie A.
Wnikliwsi Czytelnicy zaprotes-
towali moøe przy wyjaúnieniu, øe
napiÍcie na drugim kondensatorze
pamiÍtaj¹cym w†chwili zwarcia
prze³¹cznika Z-Y stanie siÍ rÛwne
wartoúci napiÍcia miÍdzyszczyto-
wego. Rzeczywiúcie, w†prostym
wyjaúnieniu pominiÍto przep³yw
³adunku z†jednego kondensatora
do drugiego. Podany wniosek jest
jednak s³uszny! SprawÍ przep³y-
wu ³adunkÛw miÍdzy kondensa-
torami i†zwi¹zanych z†tym zmian
napiÍÊ naleøy braÊ pod uwagÍ
tylko w†momencie pierwszego
w³¹czenia i†podczas gwa³townych
zmian amplitudy przebiegu. Na
rys. 4b lini¹ przerywan¹ pokaza-
no, jak bÍd¹ siÍ zmieniaÊ napiÍcia
po pierwszym w³¹czeniu. Potem,
gdy zmiany temperatury i†odpo-
wiadaj¹ce im zmiany napiÍÊ bÍd¹
bardzo powolne i†niewielkie, moø-
na spokojnie przyj¹Ê, øe przebiegi
s¹ takie, jak pokazuje linia ci¹g³a.
a)
b)
Rys. 4. Zasada działania przetwornika synchronicznego.
Elektronika Praktyczna 2/98
51
Termometr dynamiczny
Rys. 5. Schemat elektryczny układu.
Opis uk³adu
Pe³ny schemat ideowy uk³adu
termometra jest pokazany na
rys.
5
. PorÛwnanie rysunkÛw 3†i†5†po-
zwoli szybko zidentyfikowaÊ po-
szczegÛlne bloki i†punkty po³¹czeÒ.
Modu³ jest przeznaczony do
zasilania napiÍciem bipolarnym
o†sumarycznej wartoúci do 18V.
Te 18V to granica wynikaj¹ca
z†zastosowania uk³adÛw rodziny
CMOS 4000.
Modu³ moøe zast¹piÊ uk³ady
AVT-104/1, AVT-233 i†AVT-242
i†jest przeznaczony do wspÛ³pracy
z†wczeúniej opisanymi modu³ami
automatyki, na przyk³ad AVT-
104/2, -104/3, -104/5, -104/R.
Dwa ürÛd³a pr¹dowe zosta³y
uproszczone i†ich rolÍ pe³ni¹ re-
zystory R1 i†R3. Tranzystor T1
pe³ni rolÍ prze³¹cznika zmienia-
j¹cego wartoúÊ pr¹du w†takt prze-
biegu sygna³u generatora steruj¹-
cego, zrealizowanego na uk³adzie
CMOS 4047. Takie uproszczenie
jest dopuszczalne, poniewaø dla
dzia³ania uk³adu kluczowe zna-
czenie maj¹ nie tyle wartoúci
bezwzglÍdne pr¹dÛw, a tylko sto-
sunek tych pr¹dÛw.
Przebieg zmienny, wystÍpuj¹cy
na z³¹czu pomiarowym D1, jest
wzmacniany we wzmacniaczu
US1C. Na schemacie ideowym
w†roli czujnika narysowano dio-
dÍ. W†praktyce, dla uzyskania
dobrej liniowoúci i†powtarzalnoúci
nie naleøy stosowaÊ typowych
diod, tylko tranzystory w†po³¹cze-
niu diodowym.
W†strukturze diody, podczas
przep³ywu pr¹du, rozk³ad gÍstoúci
pr¹du przewaønie bywa niejedno-
rodny. Moøe to powodowaÊ pew-
ne b³Ídy w†przypadku wymiany
egzemplarza czujnika.
Lepsze w³aúciwoúci pomiarowe
zapewnia tranzystor w†po³¹czeniu
diodowym, czyli ze zwart¹ baz¹
z†kolektorem. W³aúnie takie po³¹-
czenie pozwala zminimalizowaÊ
szkodliwy wp³yw rezystancji roz-
proszonej bazy.
Na schemacie obok diody D1
narysowano tranzystor PNP. Moøe
to byÊ oczywiúcie takøe tranzystor
NPN. W†praktyce, w†wielu przy-
padkach, tranzystory PNP okazuj¹
siÍ wygodniejsze. W†roli czujnika
moøna wykorzystywaÊ nie tylko
popularne tranzystory w†plastyko-
wej obudowie T0-92. Szybsz¹ re-
akcjÍ na zmiany temperatury za-
pewni¹ tranzystory w†metalowej
obudowie, na przyk³ad BC177 czy
2N2907. W†wielu przypadkach,
jeszcze lepszym rozwi¹zaniem bÍ-
dzie wykorzystanie w†roli czujnika
tranzystora mocy w†obudowie TO-
126 czy TO-220. Taki tranzystor
moøe zostaÊ przykrÍcony do obiek-
tu, ktÛrego temperaturÍ mierzy, za
pomoc¹ jednej úrubki - nie trzeba
dodawaÊ, øe zapewni to znakomity
52
Elektronika Praktyczna 2/98
Termometr dynamiczny
kontakt termiczny i†duø¹ szybkoúÊ
reakcji czujnika. W†takim przypad-
ku zazwyczaj korzystne bÍdzie,
jeúli z†mas¹ modu³u (punkt O)
bÍdzie po³¹czona obudowa lub
wk³adka radiatorowa tranzystora,
ktÛra jak wiadomo jest po³¹czona
z†kolektorem - st¹d tranzystor PNP.
ChoÊ sygna³ pomiarowy z†czuj-
nika ma ma³¹ wartoúÊ, nie trzeba
tu stosowaÊ wzmacniacza o†duøej
stabilnoúci i†ma³ym dryfcie wej-
úciowego napiÍcia niezrÛwnowa-
øenia, poniewaø jest wzmacniany
przebieg zmienny, a†nie sta³y. Is-
totne jest tylko, aby wspÛ³czynnik
wzmocnienia by³ sta³y, dlatego
tylko rezystory R5 i†R6 wyznacza-
j¹ce wzmocnienie musz¹ mieÊ
dobre parametry. Koniecznie trze-
ba tu zastosowaÊ rezystory meta-
lizowane o†tolerancji 1%. Chodzi
o†uzyskanie sta³oúci wzmocnienia,
a†nie osi¹gniÍcie idealnie dobra-
nej wartoúci wzmocnienia.
Rezystor R4 polaryzuje wejúcie
nieodwracaj¹ce wzmacniacza ope-
racyjnego, a†przy okazji stanowi
teø obci¹øenie dla przebiegu
zmiennego. Powinien on mieÊ
duø¹ wartoúÊ, aby nie obci¹øaÊ
diody D1 pracuj¹cej przecieø jako
ürÛd³o sygna³u zmiennego. Tym
samym wspÛ³pracuj¹cy wzmac-
niacz powinien mieÊ jak najmniej-
sze wejúciowe pr¹dy polaryzacji.
W†zupe³noúci wystarczy tu popu-
larna i†tania kostka TL084 z†tran-
zystorami J-FET na wejúciu.
Kondensator C1 pe³ni rolÍ fil-
tru dla impulsowych zak³ÛceÒ,
jakie mog¹ siÍ indukowaÊ w†prze-
wodach ³¹cz¹cych diodÍ czujniko-
w¹ z†uk³adem.
Uk³ad prostownika synchro-
nicznego, zawieraj¹cy klucze ana-
logowe CD4066 (US2) ma nieco
inn¹ budowÍ, niø pokazuje to
rysunek 4a. Klucze US2A i†US2B,
pe³ni¹ce rolÍ zwory Z-X z†rysun-
ku 4, nie zwieraj¹ kondensatora
C3 do masy, tylko do wyjúcia
wzmacniacza operacyjnego US1D.
Wzmacniacz ten pe³ni rolÍ ürÛd³a
napiÍcia przesuniÍcia (offsetu).
Chodzi o†to, øe napiÍcie miÍdzy-
szczytowe na diodzie pomiarowej
jest proporcjonalne do temperatu-
ry bezwzglÍdnej, czyli temperatu-
ry wyraøonej w†Kelwinach. Jeúli
na wyjúciu modu³u chcemy otrzy-
maÊ napiÍcie odpowiadaj¹ce skali
Celsjusza, to musimy wprowadziÊ
przesuniÍcie (czyli offset) odpo-
wiadaj¹ce 273 stopniom. W³aúnie
na wyjúciu wzmacniacza US1D
wystÍpuje potrzebne napiÍcie. Na-
piÍcie to uzyskuje siÍ ze ürÛd³a
napiÍcia odniesienia LM385 1,2V
(US4). Dok³adn¹ wartoúÊ napiÍcia
przesuniÍcia ustala siÍ podczas
kalibracji modu³u z†pomoc¹ po-
tencjometru PR2. Jak siÍ nietrud-
no domyúliÊ, potencjometr PR2
s³uøy do kalibracji uk³adu w†tem-
peraturze zera stopni Celsjusza.
Dodatkowe wyjúcie napiÍcia
wzorcowego z†uk³adu US4 na
pewno przyda siÍ przy wykorzys-
taniu modu³u w†bardziej z³oøo-
nych urz¹dzeniach, na przyk³ad
w†termometrach z†uk³adem
ICL7106 czy precyzyjnych regula-
torach temperatury.
Uk³ad US1B pe³ni rolÍ bufora.
Znikomy pr¹d polaryzuj¹cy jego
wejúcie nieodwracaj¹ce nie obci¹-
øa kondensatora C4, pozwalaj¹c
na bezb³Ídn¹ pracÍ prostownika
synchronicznego. ObwÛd R7C5
stanowi dodatkowy filtr. ObwÛd
ten nie jest niezbÍdny do prawid-
³owej pracy uk³adu.
Uk³ad US1B wzmacnia, mniej
wiÍcej dwukrotnie, sta³y sygna³
bÍd¹cy rÛønic¹ napiÍcia przesu-
niÍcia i†wyprostowanego napiÍcia
mierzonego. Potencjometr PR1 po-
zwala uzyskaÊ wspÛ³czynnik prze-
twarzania modu³u (na wyjúciu)
dok³adnie rÛwny +10mV/
o
C.
W†praktyce, po ustawieniu za
pomoc¹ PR2 w†temperaturze
0
o
C†napiÍcia wyjúciowego rÛwne-
go 0,00V, naleøy przy temperatu-
rze czujnika rÛwnej +100
o
C†usta-
wiÊ na wyjúciu na-
piÍcie +1,00V.
Wyjaúnienia wy-
magaj¹ jeszcze
sprawy zwi¹zane
z†napiÍciem prze-
suniÍcia i†z†genera-
torem taktuj¹cym.
Na wyjúciu uk³a-
du US1D wystÍpuje
napiÍciu ujemne
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1: 1M
/1% (825k
..1,15M
/1%)
/1%
R3, R7, R16: 100k
R4: 1M
/1%
R6, R13: 23,7k
/1%
R8, R9, R11, R12: 12,1k
/1%
Ω
R14, R15: 10k
Ω
PR1, PR2: 10k
helitrim
Kondensatory
C1: 1nF
C2, C6, C7: 220nF foliowy MKT
lub MKSE
C3, C4: 1
F foliowy MKT lub
MKSE
C5: 100nF foliowy
C8, C9, C10: 47
F/16V
C11, C12: 100nF ceramiczne
C13: 10nF
Półprzewodniki
T1: BC558
US1: TL084
US2: CMOS 4066
US3: CMOS 4047
US4: LM385/1,2V
D1: w roli czujników stosować
tranzystory, np. BC558
D2, D3, D4, D5: 1N4148
o†wartoúci oko³o 1,37V, a†nie 2,73V,
jak wynika³oby z†wymaganego
wspÛ³czynnika przetwarzania rÛw-
nego +10mV/
o
C. PowÛd jest prosty:
sygna³ zostaje mniej wiÍcej dwu-
krotnie wzmocniony we wzmacnia-
czu US1B.
Uk³ad CMOS CD4047 pe³ni
rolÍ generatora taktuj¹cego. Syg-
na³ z†wyjúcia Q\ steruje pr¹dem
p³yn¹cym przez diodÍ pomiarow¹.
Naleøy jednak zwrÛciÊ uwagÍ, øe
do sterowania prac¹ prostownika
synchronicznego nie s¹ wykorzys-
tywane sygna³y z†wyjúÊ Q i†Q\
tego uk³adu. Diody D2..D5 oraz
rezystory R14 i†R15 pe³ni¹ rolÍ
bramek AND. Kaødy z†dwÛch klu-
czy utworzonych z†uk³adu US2
(odpowiadaj¹cy zwieraniu punk-
tÛw X, Y, Z†na rys. 4) jest wiÍc
otwierany tylko w†czasie 1/4 pe³-
nego cyklu pracy.
Tuø po otwarciu lub zamkniÍciu
tranzystora T1 i†wynikaj¹cej z†tego
zmianie pr¹du, oba klucze s¹ za-
mkniÍte. Dopiero po ustaleniu siÍ
napiÍÊ w³¹czany jest jeden z†kluczy,
wed³ug zasady pokazanej na rys. 4.
Gdyby klucze by³y w³¹czane jedno-
czeúnie ze zmianami stanu tranzys-
tora T1, to wskutek nieuchronnego
Rys. 6. Rozmieszczenie elementów na płytce
drukowanej.
Elektronika Praktyczna 2/98
53
R2: 100k
R5: 1k
R10: 2,2k
R17: 1k
[ Pobierz całość w formacie PDF ]