Ved hjælp af en Schmitt-trigger kan du bygge en simpel temperaturstyret blæser, som tænder og slukker ved indstillede temperaturer, og der kræves ingen mikrocontroller.

I forskellige elektroniske enheder såsom CPU'er og spillekonsoller, har du måske observeret, at processoren har en tendens til at varme op under intensiv brug såsom spil eller simulering, hvilket fører til, at ventilatoren tænder eller øger dens hastighed for at sprede varme. Når processoren er afkølet, vender blæseren tilbage til normal flow eller slukker.

I denne gør-det-selv-guide vil vi bygge en simpel temperaturstyret ventilator, som tænder og slukker ved forudbestemte temperaturværdier, uden at der er behov for en mikrocontrollerenhed i dens kredsløb.

Hvad du skal bruge

For at bygge dette projekt skal du bruge følgende komponenter, som kan fås fra online elektronikbutikker.

  • Komparator IC LM393
  • Temperaturføler LM35
  • Operationsforstærker LM741
  • ULN2003 Darlington par transistor IC
  • DC blæser
  • Nogle få modstande
  • Spændingsregulator LM7805
    • instagram viewer
  • Tilslutningsledninger
  • Veroboard
  • Digitalt multimeter
  • 12V batteri
  • Loddestation (Valgfrit: du kan også bygge dette projekt på et brødbræt)

Problemet: Kontinuerlig hurtig skift af DC-blæseren

Til denne gør-det-selv-opgave ønsker vi, at ventilatoren tænder, når temperatursensoren registrerer en temperatur på 38°C (100°F) eller højere, og slukker, når temperaturen falder under denne tærskel. Temperaturfølere forsyner kredsløbet med den spændingsudgang, der kan bruges til at styre ventilatoren. Vi har brug for et spændingskomparatorkredsløb, der bruger en LM393 til at sammenligne denne spændingsudgang med en referencespænding.

For at forbedre spændingsoutputtet fra temperatursensoren bruger vi en LM741 ikke-inverterende operationel forstærker til at opskalere denne spænding, hvilket kan sammenlignes med en stabil spændingsreference, som spændingen giver regulator. Desuden bruger vi en LM7805 som en 5V DC spændingsregulator.

Det observeres, at når temperaturen nærmer sig 38°C, begynder kredsløbsudgangen at skifte gentagne gange mellem tænd- og sluktrinene på grund af støj på signalet. Denne rystelse eller hurtige skift kan forekomme, medmindre temperaturen kommer et godt stykke over 38°C eller et godt stykke under 38°C. Denne kontinuerlige omskiftning får høj strøm til at flyde gennem ventilatoren og det elektroniske kredsløb, hvilket fører til overophedning eller beskadigelse af disse komponenter.

Schmitt Trigger: en løsning på dette problem

For at løse dette problem bruger vi Schmitt trigger-konceptet. Dette involverer at anvende positiv feedback på den ikke-inverterende input af et komparatorkredsløb, som gør det muligt for kredsløbet at skifte mellem logisk høj og logisk lav ved forskellige spændingsniveauer. Ved at bruge dette skema er det muligt at forhindre adskillige fejl forårsaget af støj og samtidig sikre problemfri kobling, da skift til logisk høj og lav forekommer ved forskellige spændingsniveauer.

Den forbedrede temperaturkontrollerede blæser: Sådan fungerer det

Designet fungerer i en integreret tilgang, hvor sensordata giver udgangsspændingsniveauet, som bruges af andre kredsløbselementer. Vi vil diskutere kredsløbsskemaerne i rækkefølge for at give dig et indblik i, hvordan kredsløbet fungerer.

Temperatursensor (LM35)

LM35 er en IC til at registrere rumtemperaturen og giver udgangsspænding proportional med temperaturen på Celsius-skalaen. Vi bruger LM35 i TO-92 emballage. Nominelt kan den nøjagtigt måle temperatur mellem 0° til 100°C, med en nøjagtighed på mindre end 1°C.

Den kan tændes ved hjælp af en 4V til 30V DC strømforsyning og tager en meget lav strøm på 0,06mA. Det betyder, at den har meget lav selvopvarmning på grund af lavt strømforbrug, og den eneste varme (temperatur), den registrerer, er fra dets omgivende miljø.

Celsius-temperaturudgangen for LM35 er givet med hensyn til en simpel lineær overførselsfunktion:

…hvor:

• VOUT er LM35-udgangsspændingen i millivolt (mV).

• T er temperaturen i °C.

For eksempel, hvis LM35-sensoren registrerer en temperatur på ca. 30°C, vil sensoroutputtet være næsten 300mV eller 0,3V. Du kan mål spændingen ved hjælp af et digitalt multimeter. Vi bruger LM35 i en rørformet vandtæt sonde i dette gør-det-selv-projekt; den kan dog bruges uden en rørformet sonde, som en IC.

Spændingsforstærker med LM741

Temperatursensorens udgangsspænding er i millivolt og skal derfor forstærkes for at undertrykke støjens effekt på signalet og også for at forbedre signalkvaliteten. Spændingsforstærkning hjælper os med at bruge denne værdi til videre sammenligning med en stabil referencespænding ved hjælp af en LM741 operationsforstærker. Her bruges LM741 som en ikke-inverterende spændingsforstærker.

For dette kredsløb forstærker vi sensoroutputtet med en faktor på 13. LM741 betjenes i en ikke-inverterende op amp-konfiguration. Overførselsfunktionen for den ikke-inverterende op-forstærker bliver:

Så vi tager R1 = 1kΩ og R2 = 12kΩ.

Elektronisk switch komparator (LM393)

Som nævnt ovenfor kan en Schmitt-trigger implementeres for fejlfri elektronisk omskiftning. Til dette formål bruger vi en LM393 IC som en spændingskomparator Schmitt-trigger. Vi bruger en referencespænding på 5V til at invertere indgangen på LM393. En spændingsreference på 5V opnås ved hjælp af LM7805 spændingsregulator IC. LM7805 drives ved hjælp af en 12V strømforsyning eller batteri, og den udsender konstant 5V DC.

Den anden indgang på LM393 er forbundet til udgangen af ​​det ikke-inverterende op-forstærkerkredsløb, som er beskrevet i ovenstående afsnit. På denne måde kan den forstærkede sensorværdi nu sammenlignes med referencespændingen ved hjælp af LM393. Positiv feedback er implementeret på komparator LM393 for Schmitt-triggereffekten. Udgangen af ​​LM393 holdes aktiv høj, og spændingsdeleren (modstandsnetværk vist med grønt i diagrammet nedenfor) bruges ved udgangen til at reducere udgangen (høj) af LM393 til 5 til 6V.

Vi bruger Kirchoffs nuværende lov om ikke-inverterende ben til at analysere kredsløbets adfærd og optimale modstandsværdier. (Dens diskussion er dog uden for rammerne af denne artikel.)

Vi har designet modstandsnetværket sådan, at når temperaturen øges til 39,5°C og derover, skiftes LM393 til en høj tilstand. På grund af Schmitt-triggereffekten forbliver den høj, selvom temperaturen falder lige under 38°C. Imidlertid kan LM393-komparatoren udsende et logisk lavpunkt, når temperaturen falder til under 37°C.

Strømforstærkning ved brug af Darlington-partransistorer

Udgangen af ​​LM393 skifter nu mellem logisk lav og høj, i henhold til kredsløbskravene. Udgangsstrømmen (max. 20 mA uden aktiv høj konfiguration) fra LM393-komparatoren er dog ret lav og kan ikke drive en blæser. For at løse dette problem bruger vi ULN2003 IC Darlington-partransistorer til at drive blæseren.

ULN2003 består af syv åben-kollektor fælles emittertransistorpar. Hvert par kan bære en 380mA kollektor-emitterstrøm. Baseret på strømkravet til DC-blæseren kan flere Darlington-par bruges i en parallel konfiguration for at øge den maksimale strømkapacitet. Indgangen på ULN2003 er forbundet til LM393-komparatoren, og udgangsbenene er forbundet til DC-blæserens negative terminal. Den anden terminal på blæseren er forbundet til et 12V batteri.

Kredsløbselementerne, bortset fra blæseren og batteriet, er integreret på Veroboard gennem lodning.

Samler det hele

Det komplette skematiske diagram af den temperaturstyrede ventilator er som følger. Alle IC'er får strøm fra et 12V DC-batteri. Det er også vigtigt at bemærke, at alle jordforbindelser skal holdes fælles ved batteriets minuspol.

Test af kredsløbet

For at teste dette kredsløb kan du bruge en rumvarmer som varmluftkilde. Placer temperaturfølersonden tæt på varmeren, så den kan registrere den varme temperatur. Efter et øjeblik vil du se en stigning i temperaturen på sensorudgangen. Når temperaturen overstiger den indstillede tærskel på 39,5°C, tænder ventilatoren.

Sluk nu rumvarmeren, og lad kredsløbet køle af. Når temperaturen falder til under 37°C, vil du se, at ventilatoren slukker.

Vælg din egen temperaturtærskel for en skiftende blæser

Temperaturkontrollerede blæserkredsløb er almindeligt anvendt i mange elektroniske og elektriske apparater og gadgets. Du kan vælge dine egne temperaturværdier til at tænde og slukke for ventilatoren ved at vælge den passende værdi af modstande i skemaet for Schmitt trigger komparatorkredsløbet. Et lignende koncept kan bruges til at designe en temperaturstyret ventilator med variable skiftehastigheder, dvs. hurtig og langsom.