כיצד ליצור מאוורר DC עם בקרת טמפרטורה

במכשירים אלקטרוניים שונים כמו מעבדים וקונסולות משחקים, אולי הבחנת שהמעבד נוטה להתחמם במהלך שימוש אינטנסיבי כגון משחקים או סימולציה, מה שמוביל להפעלת המאוורר או להגביר את מהירותו כדי לפזר את חוֹם. לאחר שהמעבד מתקרר, המאוורר חוזר לזרימה הרגילה שלו או נכבה.

במדריך עשה זאת בעצמך, נבנה מאוורר פשוט עם בקרת טמפרטורה אשר נדלק ונכבה בערכי טמפרטורה קבועים מראש, ללא צורך ביחידת מיקרו-בקר במעגל שלו.

מה אתה צריך

כדי לבנות פרויקט זה, תזדקק לרכיבים הבאים, אותם ניתן להשיג מחנויות אלקטרוניקה מקוונות.

• Comparator IC LM393
• חיישן טמפרטורה LM35
• מגבר תפעולי LM741
• ULN2003 טרנזיסטור זוג דרלינגטון IC
• מאוורר DC
• כמה נגדים
• ווסת מתח LM7805
• חיבור חוטים
• ורובורד
• מוליטימטר דיגיטלי
• סוללה 12V
• תחנת הלחמה (אופציונלי: אתה יכול לבנות את הפרויקט הזה גם על לוח לחם)

הבעיה: מיתוג מהיר מתמשך של מאוורר DC

עבור משימת עשה זאת בעצמך, אנו רוצים שהמאוורר יופעל כאשר חיישן הטמפרטורה חש בטמפרטורה של 38°C (100°F) או יותר, ויכבה כאשר הטמפרטורה יורדת מתחת לסף זה. חיישני טמפרטורה מספקים למעגל את פלט המתח שניתן להשתמש בו לשליטה על המאוורר. אנו זקוקים למעגל השוואת מתח באמצעות LM393 כדי להשוות את פלט המתח הזה עם מתח ייחוס.

כדי לשפר את פלט המתח מחיישן הטמפרטורה, אנו משתמשים ב-LM741 תפעולי שאינו מתהפך מגבר לשיפור המתח הזה, אותו ניתן להשוות עם התייחסות מתח יציבה שמספק המתח וַסָת. יתר על כן, אנו משתמשים ב-LM7805 כמווסת מתח 5V DC.

נצפה שכאשר הטמפרטורה מתקרבת ל-38 מעלות צלזיוס, פלט המעגל מתחיל לעבור שוב ושוב בין שלבי ההפעלה והכיבוי עקב רעש על האות. ריצוד או מיתוג מהיר זה עלולים להתרחש אלא אם הטמפרטורה תגיע הרבה מעל 38°C או הרבה מתחת ל-38°C. מיתוג מתמשך זה גורם לזרם גבוה לזרום דרך המאוורר והמעגל האלקטרוני, מה שמוביל להתחממות יתר או נזק לרכיבים אלה.

שמיט טריגר: פתרון לבעיה זו

כדי לטפל בבעיה זו, אנו משתמשים במושג הטריגר של שמיט. זה כרוך בהחלת משוב חיובי על הקלט הלא-היפוך של מעגל השוואה המאפשר למעגל לעבור בין לוגיקה גבוהה ללוגיקה נמוכה ברמות מתח שונות. באמצעות תכנית זו, ניתן למנוע שגיאות רבות הנגרמות על ידי רעש תוך הבטחת מיתוג חלק, שכן מעבר ללוגיקה גבוהה ונמוכה מתרחשת ברמות מתח שונות.

המאוורר המשופר עם בקרת טמפרטורה: איך זה עובד

התכנון עובד בגישה משולבת, שבה נתוני חיישנים נותנים את רמת מתח המוצא, המשמשת רכיבי מעגל אחרים. נדון בסכימות המעגלים ברצף כדי לתת לך תובנה כיצד המעגל פועל.

חיישן טמפרטורה (LM35)

ה-LM35 הוא IC עבור חישת טמפרטורת החדר ונותן מתח מוצא פרופורציונלי לטמפרטורה בסולם צלזיוס. אנו משתמשים ב-LM35 באריזת TO-92. באופן נומינלי, הוא יכול למדוד במדויק טמפרטורה בין 0° ל-100°C, עם דיוק של פחות מ-1°C.

ניתן להפעיל אותו באמצעות ספק כוח של 4V עד 30V DC ולוקח זרם נמוך מאוד של 0.06mA. זה אומר שיש לו חימום עצמי נמוך מאוד בגלל צריכת זרם נמוכה, והחום (הטמפרטורה) היחיד שהוא מזהה הוא של הסביבה הסובבת אותו.

תפוקת הטמפרטורה של צלזיוס של LM35 ניתנת ביחס לפונקציית העברה ליניארית פשוטה:

…איפה:

• VOUT הוא מתח המוצא של LM35 במיליוולט (mV).

• T היא הטמפרטורה ב-°C.

כדוגמה, אם חיישן LM35 מזהה טמפרטורה של כ-30 מעלות צלזיוס, פלט החיישן יהיה כמעט 300mV או 0.3V. אתה יכול למדוד את המתח באמצעות מולטימטר דיגיטלי. אנו משתמשים ב-LM35 בבדיקה אטומה למים צינורית בפרויקט עשה זאת בעצמך זה; עם זאת, ניתן להשתמש בו ללא בדיקה צינורית, כמו IC.

מגבר מתח באמצעות LM741

מתח המוצא של חיישן הטמפרטורה הוא במיליוולט, ולכן צריך הגברה כדי לדכא את השפעת הרעש על האות וגם כדי לשפר את איכות האות. הגברת מתח עוזרת לנו להשתמש בערך זה להשוואה קדימה עם מתח ייחוס יציב, בעזרת מגבר תפעולי LM741. כאן, ה-LM741 משמש כמגבר מתח שאינו מתהפך.

עבור מעגל זה, אנו מגבירים את פלט החיישן בפקטור של 13. ה-LM741 מופעל בתצורת מגבר הפעלה לא הפוך. פונקציית ההעברה עבור מגבר ההפעלה שאינו מתהפך הופכת:

אז ניקח R1 = 1kΩ ו-R2 = 12kΩ.

השוואת מתגים אלקטרוניים (LM393)

כפי שהוזכר לעיל, עבור מיתוג אלקטרוני נטול תקלות, ניתן ליישם טריגר של Schmitt. למטרה זו, אנו משתמשים ב-LM393 IC כטריגר להשוואת מתחים של שמיט. אנו משתמשים במתח ייחוס של 5V להפיכת הקלט של ה-LM393. ייחוס מתח של 5V מושגת בעזרת IC וסת מתח LM7805. ה-LM7805 מופעל באמצעות ספק כוח או סוללה של 12V, והוא מוציא 5V DC קבוע.

הכניסה השנייה של ה-LM393 מחוברת ליציאה של מעגל מגבר ההפעלה שאינו מתהפך, המתואר בסעיף לעיל. בדרך זו, כעת ניתן להשוות את ערך החיישן המוגבר למתח הייחוס באמצעות ה-LM393. משוב חיובי מיושם על המשווה LM393 עבור אפקט ההדק של Schmitt. הפלט של LM393 נשמר פעיל גבוה ומחלק המתח (רשת הנגדים מוצג בירוק בתרשים למטה) משמש במוצא כדי להפחית את הפלט (גבוה) של LM393 ל-5 עד 6V.

אנו משתמשים בחוק הנוכחי של קירשוף בפינים שאינם הופכים כדי לנתח את התנהגות המעגל ואת ערכי הנגדים האופטימליים. (עם זאת, הדיון בו הוא מעבר לתחום המאמר הזה.)

תכננו את רשת הנגדים כך שכאשר הטמפרטורה מוגברת ל-39.5 מעלות צלזיוס ומעלה, ה-LM393 מועבר למצב גבוה. בשל אפקט ההדק של שמיט, הוא נשאר גבוה גם אם הטמפרטורה יורדת מעט מתחת ל-38 מעלות צלזיוס. עם זאת, המשווה LM393 עשוי להפיק רמת לוגיקה נמוכה כאשר הטמפרטורה יורדת מתחת ל-37 מעלות צלזיוס.

רווח נוכחי באמצעות טרנזיסטורים מצמד Darlington

הפלט של LM393 עובר כעת בין לוגיקה נמוכה לגבוהה, בהתאם לדרישות המעגל. עם זאת, זרם המוצא (מקסימום 20mA ללא תצורה גבוהה אקטיבית) של המשווה LM393 נמוך למדי ואינו יכול להניע מאוורר. כדי לטפל בבעיה זו, אנו משתמשים ב-ULN2003 IC צמד טרנזיסטורים Darlington כדי להניע את המאוורר.

ה-ULN2003 מורכב משבעה זוגות טרנזיסטורי פולטים משותפים של אספנים פתוחים. כל זוג יכול לשאת זרם קולט-פולט של 380mA. בהתבסס על דרישת הזרם של מאוורר DC, ניתן להשתמש במספר זוגות Darlington בתצורה מקבילה כדי להגדיל את קיבולת הזרם המקסימלית. הכניסה של ה-ULN2003 מחוברת למשווה LM393 ופיני המוצא מחוברים למסוף השלילי של מאוורר DC. המסוף השני של המאוורר מחובר לסוללת 12V.

רכיבי המעגל, למעט המאוורר והסוללה, משולבים ב-Veroboard באמצעות הלחמה.

לשים הכל ביחד

התרשים הסכמטי המלא של המאוורר מבוקר הטמפרטורה הוא כדלקמן. כל ה-IC מקבל חשמל מסולל 12V DC. כמו כן, חשוב לציין כי יש להחזיק את כל הגורמים המשותפים במסוף השלילי של הסוללה.

בדיקת המעגל

כדי לבדוק מעגל זה, אתה יכול להשתמש במחמם חדר כמקור אוויר חם. הנח את חיישן הטמפרטורה קרוב למחמם כך שיוכל לזהות את הטמפרטורה החמה. לאחר מספר רגעים, תמצא עלייה בטמפרטורה בפלט החיישן. כאשר הטמפרטורה עוברת את הסף שנקבע של 39.5 מעלות צלזיוס, המאוורר יופעל.

כעת כבה את מחמם החדר ותנו למעגל להתקרר. ברגע שהטמפרטורה יורדת מתחת ל-37 מעלות צלזיוס, תראה שהמאוורר יכבה.

בחר את סף הטמפרטורה שלך עבור מאוורר מיתוג

מעגלי מיתוג מבוקרי טמפרטורה נמצאים בשימוש נפוץ במכשירים וגאדג'טים אלקטרוניים וחשמליים רבים. אתה יכול לבחור ערכי טמפרטורה משלך להפעלה וכיבוי של המאוורר על ידי בחירת הערך המתאים של ההתנגדויות בסכמות של מעגל השוואת ההדק של Schmitt. קונספט דומה יכול לשמש לתכנון מאוורר מבוקר טמפרטורה עם מהירויות מיתוג משתנות, כלומר מהיר ואיטי.