Koristeći Schmittov okidač, možete napraviti jednostavan ventilator s kontrolom temperature koji se uključuje i isključuje na postavljenim temperaturama, bez potrebe za mikrokontrolerom.

U raznim elektroničkim uređajima poput CPU-a i igraćih konzola, možda ste primijetili da je procesor sklon zagrijavanju tijekom intenzivne uporabe kao što je igranje igara ili simulacija, što dovodi do uključivanja ventilatora ili povećanja njegove brzine kako bi se raspršio toplina. Nakon što se procesor ohladi, ventilator se vraća na normalan protok ili se isključuje.

U ovom DIY vodiču izradit ćemo jednostavan ventilator s kontrolom temperature koji se uključuje i isključuje na unaprijed određenim temperaturnim vrijednostima, bez potrebe za mikrokontrolerskom jedinicom u svom krugu.

Što ćete trebati

Za izradu ovog projekta trebat će vam sljedeće komponente koje možete nabaviti u online trgovinama elektroničkom opremom.

  • Komparator IC LM393
  • Senzor temperature LM35
  • Operacijsko pojačalo LM741
  • ULN2003 Darlington par tranzistora IC
    • instagram viewer
  • DC ventilator
  • Nekoliko otpornici
  • Regulator napona LM7805
  • Spajanje žica
  • Veroboard
  • Digitalni multimetar
  • 12V baterija
  • Stanica za lemljenje (opcionalno: ovaj projekt možete izraditi i na matičnoj ploči)

Problem: Kontinuirano brzo prebacivanje DC ventilatora

Za ovaj DIY zadatak, želimo da se ventilator uključi kada temperaturni senzor osjeti temperaturu od 38°C (100°F) ili višu, i da se isključi kada temperatura padne ispod tog praga. Senzori temperature daju krugu izlazni napon koji se može koristiti za upravljanje ventilatorom. Potreban nam je sklop komparatora napona koji koristi LM393 za usporedbu ovog izlaznog napona s referentnim naponom.

Kako bismo poboljšali izlazni napon iz temperaturnog senzora, koristimo LM741 neinvertirajući rad pojačalo za povećanje ovog napona, koji se može usporediti sa stabilnim referentnim naponom koji daje napon regulator. Štoviše, koristimo LM7805 kao 5V DC regulator napona.

Primjećeno je da kada se temperatura približi 38°C, izlaz kruga počinje više puta mijenjati između uključenih i isključenih stupnjeva zbog šuma na signalu. Do ovog podrhtavanja ili brzog prebacivanja može doći osim ako temperatura ne postane znatno iznad 38°C ili znatno ispod 38°C. Ovo kontinuirano prebacivanje uzrokuje protok velike struje kroz ventilator i elektronički krug, što dovodi do pregrijavanja ili oštećenja ovih komponenti.

Schmittov okidač: rješenje za ovaj problem

Za rješavanje ovog problema koristimo Schmittov koncept okidača. To uključuje primjenu pozitivne povratne sprege na neinvertirajući ulaz kruga komparatora koji omogućuje da se krug prebaci između visokog i niskog logičkog sklopa na različitim razinama napona. Koristeći ovu shemu, moguće je spriječiti brojne pogreške uzrokovane šumom, a istovremeno osigurati besprijekorno prebacivanje, budući da se prebacivanje na visoku i nisku logiku događa na različitim razinama napona.

Poboljšani ventilator s kontroliranom temperaturom: kako radi

Dizajn radi u integriranom pristupu, u kojem podaci senzora daju razinu izlaznog napona, koju koriste drugi elementi kruga. Raspravljat ćemo o shemama strujnog kruga redom kako bismo vam dali uvid u to kako strujni krug radi.

Senzor temperature (LM35)

LM35 je IC za očitavanje sobne temperature i daje izlazni napon proporcionalan temperaturi na Celzijevoj ljestvici. Koristimo LM35 u TO-92 pakiranju. Nominalno, može točno mjeriti temperaturu između 0° do 100°C, s točnošću manjom od 1°C.

Može se napajati pomoću 4V do 30V DC napajanja i uzima vrlo nisku struju od 0,06mA. To znači da ima vrlo nisko samozagrijavanje zbog male potrošnje struje, a jedina toplina (temperatura) koju detektira je okolina.

Izlazna temperatura u Celzijusu LM35 dana je s obzirom na jednostavnu linearnu prijenosnu funkciju:

…gdje:

• VOUT je izlazni napon LM35 u milivoltima (mV).

• T je temperatura u °C.

Na primjer, ako senzor LM35 detektira temperaturu od približno 30°C, izlaz senzora bi bio gotovo 300 mV ili 0,3 V. Možeš izmjerite napon digitalnim multimetrom. Koristimo LM35 u cjevastoj vodonepropusnoj sondi u ovom DIY projektu; međutim, može se koristiti bez cjevaste sonde, kao IC.

Pojačalo pojačanja napona pomoću LM741

Izlazni napon temperaturnog senzora je u milivoltima, te je stoga potrebno pojačanje kako bi se potisnuo učinak šuma na signal i također poboljšala kvaliteta signala. Pojačanje napona pomaže nam koristiti ovu vrijednost za daljnju usporedbu sa stabilnim referentnim naponom, uz pomoć operacijskog pojačala LM741. Ovdje se LM741 koristi kao neinvertirajuće naponsko pojačalo.

Za ovaj krug, pojačavamo izlaz senzora za faktor 13. LM741 radi u konfiguraciji neinvertirajućeg operacijskog pojačala. Prijenosna funkcija za neinvertirajuće operacijsko pojačalo postaje:

Dakle, uzimamo R1 = 1kΩ i R2 = 12kΩ.

Komparator elektroničkog prekidača (LM393)

Kao što je gore spomenuto, za elektroničko prebacivanje bez kvarova, može se implementirati Schmittov okidač. U tu svrhu koristimo LM393 IC kao Schmittov okidač komparatora napona. Koristimo referentni napon od 5 V za invertiranje ulaza LM393. Referentni napon od 5 V postiže se uz pomoć IC regulatora napona LM7805. LM7805 radi pomoću napajanja od 12 V ili baterije, a proizvodi konstantnih 5 V DC.

Drugi ulaz LM393 spojen je na izlaz neinvertirajućeg kruga operacijskog pojačala, koji je opisan u gornjem odjeljku. Na taj način se pojačana vrijednost senzora sada može usporediti s referentnim naponom pomoću LM393. Pozitivna povratna sprega implementirana je na komparatoru LM393 za Schmittov učinak okidanja. Izlaz LM393 ostaje aktivan visoko, a razdjelnik napona (mreža otpornika prikazana zelenom bojom na donjem dijagramu) koristi se na izlazu za smanjenje izlaza (visokog) LM393 na 5 do 6 V.

Koristimo Kirchoffov trenutni zakon na neinvertirajućim pinovima za analizu ponašanja kruga i optimalnih vrijednosti otpornika. (Međutim, njegova rasprava je izvan opsega ovog članka.)

Dizajnirali smo mrežu otpornika tako da kada se temperatura poveća na 39,5°C i više, LM393 se prebacuje u visoko stanje. Zbog Schmittovog okidačkog učinka, ona ostaje visoka čak i ako temperatura padne malo ispod 38°C. Međutim, komparator LM393 može dati logičku nisku vrijednost kada temperatura padne ispod 37°C.

Pojačanje struje pomoću Darlingtonovog para tranzistora

Izlaz LM393 sada se prebacuje između logičkog niskog i visokog nivoa, prema zahtjevima sklopa. Međutim, izlazna struja (maks. 20 mA bez aktivne visoke konfiguracije) komparatora LM393 prilično je niska i ne može pokrenuti ventilator. Kako bismo riješili ovaj problem, koristimo ULN2003 IC Darlington par tranzistora za pogon ventilatora.

ULN2003 sastoji se od sedam parova tranzistora s otvorenim kolektorom i zajedničkim emiterom. Svaki par može nositi struju kolektor-emiter od 380 mA. Na temelju trenutnih zahtjeva DC ventilatora, više Darlington parova može se koristiti u paralelnoj konfiguraciji za povećanje maksimalnog kapaciteta struje. Ulaz ULN2003 spojen je na komparator LM393, a izlazni pinovi spojeni su na negativni priključak istosmjernog ventilatora. Drugi terminal ventilatora spojen je na bateriju od 12 V.

Elementi kruga, osim ventilatora i baterije, integrirani su na Veroboard lemljenjem.

Sve zajedno

Potpuni shematski dijagram ventilatora s kontrolom temperature je kako slijedi. Svi IC-ovi se napajaju iz 12V DC baterije. Također je važno napomenuti da svi uzemljenja moraju biti zajednički na negativnom terminalu baterije.

Testiranje kruga

Za testiranje ovog kruga možete upotrijebiti sobni grijač kao izvor toplog zraka. Postavite sondu senzora temperature blizu grijača tako da može detektirati vruću temperaturu. Nakon nekoliko trenutaka vidjet ćete povećanje temperature na izlazu senzora. Kada temperatura prijeđe postavljeni prag od 39,5°C, ventilator će se uključiti.

Sada isključite sobni grijač i pustite da se krug ohladi. Kada temperatura padne ispod 37°C, vidjet ćete da će se ventilator isključiti.

Odaberite vlastiti temperaturni prag za preklopni ventilator

Ventilatorski sklopovi s kontroliranom temperaturom obično se koriste u mnogim elektroničkim i električnim uređajima i napravama. Možete odabrati vlastite vrijednosti temperature za uključivanje i isključivanje ventilatora odabirom odgovarajuće vrijednosti otpora u shemama Schmittovog kruga komparatora okidača. Sličan koncept može se koristiti za dizajn ventilatora s kontroliranom temperaturom s promjenjivim brzinama prebacivanja, tj. brzim i sporim.