Экономичное термостатирование элементов

Иногда от любительской радио или измерительной аппаратуры требуется повышенная стабильность или точность. В этих случаях, в необходимых узлах, применяют либо специальные термокомпенсированные компоненты, либо используют термостатирование обычных. Второй путь дешевле, заманчивее и перспективнее, а в некоторых случаях и безальтернативен, если, к примеру, нужен очень стабильный гальванический элемент. Широкому применению метода мешают, порой, пустяки. То отсутствует под рукой удобный температурный датчик или жаль тратить время на теплоизолированный кожух для датчика, нагревателя и компонента(ов).

Появился другой подход. Возьмите компонент, который вам нужно термостабилизировать, подберите подходящий по размеру и конструкции кремниевый биполярный транзистор, склейте их наиболее оптимально с точки зрения теплопередачи, минимума тепловых потерь и разместите этот бутерброд там, где необходимо. Прикройте кусочком поролона или каплей монтажной пены. Осталось подключить транзистор к схеме термостата (рис.1).

ts152

По вышеприведенной методике, первым делом (рис.2), с помощью транзистора 2SC3311 в корпусе SC-72, был термостатирован температурный датчик LM35DZ в корпусе TO-92. Полученные результаты: температура 65°C, точность поддержания температуры ±0,5°C, средняя мощность 0,4 Вт, максимальная (при выходе на режим стабилизации) 0,6 Вт. Время выхода на режим не более 2 мин. Стоимость термостата соизмерима со стоимостью температурного датчика, который в схеме не применялся.

В предлагаемом устройстве используется зависимость прямого напряжения на p-n переходе от температуры. При подаче в цепь базы транзистора постоянного тока, на коллекторном переходе выделяется тепловая мощность, пропорциональная этому току и напряжению на коллекторе.

Схема термостата содержит компаратор на DA1.2, переключатель тока базы (DA1.1), транзистор VT1 (нагреватель-датчик) и RC-цепь временной задержки (C1R3). В исходный момент времени температура транзистора ниже заданной, напряжение база-эмиттер выше установленного порога (R1) и на выходе компаратора низкий уровень напряжения, который через инвертор DA1.1 поддерживает ток базы транзистора VT1. С повышением температуры кристалла транзистора напряжение база-эмиттер, при постоянном токе базы, уменьшается со скоростью ~ 2,2 мВ/°C и, при достижении установленного порога, ток базы и, следовательно, ток коллектора переключаются (компаратором) к низкому уровню. Цепь C1R3 задает время, через которое компаратор перейдет к следующему циклу сравнения. Это время выбрано около 2 сек.

fig2

Теперь тонкости. При первом включении рекомендуем измерить потребляемый термостатом ток и подобрать резистор R6, чтобы он был в пределах 100-115 мА. Затем потенциометром выставить нужную температуру. Транзистор VT1 желательно иметь с максимальным h21Э (>200), когда питаем устройство от 5 вольт. Связано это с тем, что выходное напряжение высокого уровня ОУ LM358, при указанном напряжении питания, не превышает 3,6-3,9 В и обеспечить стабильность базового тока, в этих условиях, весьма непросто. С ростом напряжения питания требование смягчается. Делитель напряжения R1-R2-R7, в идеальном случае, должен регулироваться в пределах 0,55-0,7 В. Температура растет с перемещением движка потенциометра вниз (см. схему). Точность термостатирования зависит от стабильности, в том числе температурной, резисторов делителя и напряжения питания.

Следует упомянуть принцип [1], на котором реализовано вышеописанное устройство и похожую схемную реализацию устройства аналогичного назначения [2].

Литература:
1. Устройство для регулирования температуры. А.с. СССР, 997004, Опуб.: 15.02.1983 Авторы: Долотов, Преображенский
2. Стабилизатор температуры жала паяльника. Л.Елизаров. Радио, 10, 2014, 33

v 14.04.15

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.