Folosind un declanșator Schmitt, puteți construi un ventilator simplu controlat de temperatură, care se pornește și se oprește la temperaturi stabilite, fără microcontroller.

În diferite dispozitive electronice, cum ar fi procesoarele și consolele de jocuri, este posibil să fi observat că procesorul tinde să se încălzească în timpul utilizării intensive, cum ar fi jocurile sau simularea, ceea ce duce la pornirea ventilatorului sau la creșterea vitezei acestuia pentru a disipa căldură. Odată ce procesorul se răcește, ventilatorul revine la fluxul normal sau se oprește.

În acest ghid de bricolaj, vom construi un ventilator simplu controlat de temperatură, care se pornește și se oprește la valori de temperatură predeterminate, fără a fi nevoie de o unitate de microcontroler în circuitul său.

Ce vei avea nevoie

Pentru a construi acest proiect, veți avea nevoie de următoarele componente, care pot fi obținute din magazinele online de electronice.

  • Comparator IC LM393
  • Senzor de temperatura LM35
    • instagram viewer
  • Amplificator operațional LM741
  • ULN2003 CI tranzistor pereche Darlington
  • ventilator DC
  • Câțiva rezistențe
  • Regulator de tensiune LM7805
  • Fire de conectare
  • Veroboard
  • Multimetru digital
  • baterie 12V
  • Stație de lipit (Opțional: puteți construi acest proiect și pe o placă)

Problema: Comutarea rapidă continuă a ventilatorului DC

Pentru această sarcină de bricolaj, dorim ca ventilatorul să pornească atunci când senzorul de temperatură detectează o temperatură de 38°C (100°F) sau mai mare și să se oprească atunci când temperatura scade sub acest prag. Senzorii de temperatură furnizează circuitului ieșirea de tensiune care poate fi utilizată pentru controlul ventilatorului. Avem nevoie de un circuit comparator de tensiune folosind un LM393 pentru a compara această ieșire de tensiune cu o tensiune de referință.

Pentru a îmbunătăți tensiunea de ieșire de la senzorul de temperatură, folosim un LM741 operațional fără inversare. amplificator pentru a mări această tensiune, care poate fi comparată cu o referință de tensiune stabilă furnizată de tensiune regulator. Mai mult, folosim un LM7805 ca regulator de tensiune de 5V DC.

Se observă că atunci când temperatura se apropie de 38°C, ieșirea circuitului începe să comute în mod repetat între etapele de pornire și oprire din cauza zgomotului semnalului. Această tremurătură sau comutare rapidă poate apărea dacă temperatura nu ajunge cu mult peste 38°C sau cu mult sub 38°C. Această comutare continuă face ca un curent mare să circule prin ventilator și circuitul electronic, ducând la supraîncălzire sau deteriorarea acestor componente.

Schmitt Trigger: o soluție pentru această problemă

Pentru a rezolva această problemă, folosim conceptul de declanșare Schmitt. Aceasta implică aplicarea feedback-ului pozitiv la intrarea neinversoare a unui circuit comparator, care permite circuitului să comute între logic ridicat și logic scăzut la diferite niveluri de tensiune. Folosind această schemă, este posibil să se prevină numeroase erori cauzate de zgomot, asigurând în același timp o comutare fără întreruperi, deoarece trecerea la logica ridicată și scăzută are loc la diferite niveluri de tensiune.

Ventilatorul îmbunătățit controlat cu temperatură: cum funcționează

Designul funcționează într-o abordare integrată, în care datele senzorului oferă nivelul tensiunii de ieșire, care este utilizat de alte elemente de circuit. Vom discuta schemele circuitului în secvență pentru a vă oferi o perspectivă asupra modului în care funcționează circuitul.

Senzor de temperatură (LM35)

LM35 este un circuit integrat pentru detectarea temperaturii camerei și oferă o tensiune de ieșire proporțională cu temperatura pe scara Celsius. Folosim LM35 în ambalaj TO-92. În mod nominal, poate măsura cu precizie temperatura între 0° și 100°C, cu o precizie mai mică de 1°C.

Poate fi alimentat folosind o sursă de alimentare de la 4V până la 30V DC și are un curent foarte scăzut de 0,06mA. Înseamnă că are autoîncălzire foarte scăzută datorită consumului scăzut de curent, iar singura căldură (temperatura) pe care o detectează este a mediului înconjurător.

Ieșirea de temperatură Celsius a LM35 este dată în raport cu o funcție de transfer liniară simplă:

…Unde:

• VOUT este tensiunea de ieșire a LM35 în milivolți (mV).

• T este temperatura în °C.

De exemplu, dacă senzorul LM35 detectează o temperatură de aproximativ 30°C, ieșirea senzorului ar fi de aproape 300 mV sau 0,3 V. Puteți măsurați tensiunea folosind un multimetru digital. Folosim LM35 într-o sondă tubulară impermeabilă în acest proiect de bricolaj; cu toate acestea, poate fi utilizat fără o sondă tubulară, ca un IC.

Amplificator de creștere a tensiunii folosind LM741

Tensiunea de ieșire a senzorului de temperatură este în milivolți și, prin urmare, are nevoie de amplificare pentru a suprima efectul zgomotului asupra semnalului și, de asemenea, pentru a îmbunătăți calitatea semnalului. Amplificarea tensiunii ne ajută să folosim această valoare pentru o comparație ulterioară cu o tensiune de referință stabilă, cu ajutorul unui amplificator operațional LM741. Aici, LM741 este folosit ca amplificator de tensiune non-inversoare.

Pentru acest circuit, amplificăm ieșirea senzorului cu un factor de 13. LM741 funcționează într-o configurație de amplificator operațional fără inversare. Funcția de transfer pentru amplificatorul operațional fără inversare devine:

Deci luăm R1 = 1kΩ și R2 = 12kΩ.

Comparator de comutator electronic (LM393)

După cum sa menționat mai sus, pentru comutarea electronică fără probleme, poate fi implementat un declanșator Schmitt. În acest scop, folosim un circuit integrat LM393 ca declanșator Schmitt comparator de tensiune. Folosim o tensiune de referință de 5V pentru inversarea intrării LM393. O referință de tensiune de 5V este atinsă cu ajutorul IC regulatorului de tensiune LM7805. LM7805 funcționează folosind o sursă de alimentare de 12 V sau o baterie și emite constant 5 V DC.

Cealaltă intrare a LM393 este conectată la ieșirea circuitului amplificatorului operațional fără inversare, care este descrisă în secțiunea de mai sus. În acest fel, valoarea amplificată a senzorului poate fi acum comparată cu tensiunea de referință folosind LM393. Feedback-ul pozitiv este implementat pe comparatorul LM393 pentru efectul de declanșare Schmitt. Ieșirea lui LM393 este menținută activă ridicată, iar divizorul de tensiune (rețeaua de rezistențe prezentată în verde în diagrama de mai jos) este utilizată la ieșire pentru a reduce ieșirea (înaltă) a LM393 la 5 la 6V.

Folosim legea curentă a lui Kirchoff la pinii care nu se inversează pentru a analiza comportamentul circuitului și valorile optime ale rezistenței. (Cu toate acestea, discuția sa depășește scopul acestui articol.)

Am proiectat rețeaua de rezistențe astfel încât, atunci când temperatura crește la 39,5°C și mai mult, LM393 este comutat la o stare ridicată. Datorită efectului de declanșare Schmitt, acesta rămâne ridicat chiar dacă temperatura scade chiar sub 38°C. Cu toate acestea, comparatorul LM393 poate scoate un nivel logic scăzut atunci când temperatura scade sub 37°C.

Câștig de curent folosind tranzistoarele cu pereche Darlington

Ieșirea LM393 comută acum între logic scăzut și ridicat, conform cerințelor circuitului. Cu toate acestea, curentul de ieșire (20mA max fără configurație activă înaltă) al comparatorului LM393 este destul de scăzut și nu poate conduce un ventilator. Pentru a rezolva această problemă, folosim tranzistori perechi Darlington ULN2003 IC pentru a acționa ventilatorul.

ULN2003 constă din șapte perechi de tranzistori cu emițător comun cu colector deschis. Fiecare pereche poate transporta un curent colector-emițător de 380 mA. Pe baza cerințelor curente ale ventilatorului DC, mai multe perechi Darlington pot fi utilizate într-o configurație paralelă pentru a crește capacitatea maximă de curent. Intrarea ULN2003 este conectată la comparatorul LM393, iar pinii de ieșire sunt conectați la borna negativă a ventilatorului DC. Celălalt terminal al ventilatorului este conectat la o baterie de 12V.

Elementele circuitului, cu excepția ventilatorului și a bateriei, sunt integrate pe Veroboard prin lipire.

Punând totul laolaltă

Schema completă a ventilatorului cu temperatură controlată este următoarea. Toate circuitele integrate primesc alimentare de la o baterie de 12 V DC. De asemenea, este important de reținut că toate împământările trebuie să fie comune la borna negativă a bateriei.

Testarea circuitului

Pentru a testa acest circuit, puteți utiliza un încălzitor de cameră ca sursă de aer cald. Așezați sonda senzorului de temperatură aproape de încălzitor, astfel încât să poată detecta temperatura fierbinte. După câteva momente, veți găsi o creștere a temperaturii pe ieșirea senzorului. Când temperatura depășește pragul setat de 39,5°C, ventilatorul se va porni.

Acum opriți încălzitorul de cameră și lăsați circuitul să se răcească. Odată ce temperatura scade sub 37°C, vei vedea că ventilatorul se va opri.

Alegeți propriul prag de temperatură pentru un ventilator cu comutare

Circuitele ventilatoarelor comutatoare controlate cu temperatură sunt utilizate în mod obișnuit în multe aparate și gadgeturi electronice și electrice. Puteți selecta propriile valori de temperatură pentru pornirea și oprirea ventilatorului, alegând valoarea corespunzătoare a rezistențelor din schemele circuitului comparator de declanșare Schmitt. Un concept similar poate fi folosit pentru a proiecta un ventilator cu temperatură controlată cu viteze de comutare variabile, adică rapid și lent.