Користећи Сцхмитт окидач, можете направити једноставан вентилатор са контролом температуре који се укључује и искључује на подешеним температурама, није потребан микроконтролер.

У разним електронским уређајима као што су ЦПУ и конзоле за игре, можда сте приметили да се процесор загрева током интензивне употребе као што је играње игара или симулација, што доводи до укључивања вентилатора или повећања његове брзине како би се распршио топлота. Када се процесор охлади, вентилатор се враћа у нормалан проток или се искључује.

У овом „уради сам“ водичу направићемо једноставан вентилатор са контролом температуре који се укључује и искључује на унапред одређеним температурним вредностима, без потребе за микроконтролерском јединицом у свом колу.

Шта ће вам требати

Да бисте направили овај пројекат, биће вам потребне следеће компоненте које се могу набавити у онлајн продавницама електронике.

  • Компаратор ИЦ ЛМ393
  • Сензор температуре ЛМ35
  • Оперативно појачало ЛМ741
  • УЛН2003 Дарлингтон пар транзистор ИЦ
    • instagram viewer
  • ДЦ вентилатор
  • Неколико отпорници
  • Регулатор напона ЛМ7805
  • Прикључне жице
  • Веробоард
  • Дигитални мултиметар
  • 12В батерија
  • Станица за лемљење (опционо: овај пројекат можете направити и на матичној плочи)

Проблем: Континуирано брзо пребацивање ДЦ вентилатора

За овај „уради сам“ задатак желимо да се вентилатор укључи када сензор температуре осети температуру од 38°Ц (100°Ф) или већу, и да се искључи када температура падне испод овог прага. Сензори температуре обезбеђују круг са излазним напоном који се може користити за контролу вентилатора. Потребан нам је круг компаратора напона који користи ЛМ393 да упоредимо овај излаз напона са референтним напоном.

Да бисмо побољшали излазни напон из температурног сензора, користимо ЛМ741 неинвертујући рад појачало за повећање овог напона, који се може упоредити са стабилном референтном напоном коју обезбеђује напон регулатор. Штавише, користимо ЛМ7805 као 5В ДЦ регулатор напона.

Примећено је да када се температура приближи 38°Ц, излаз кола почиње да се више пута пребацује између укључених и искључених фаза због шума на сигналу. До овог подрхтавања или брзог пребацивања може доћи осим ако температура не пређе знатно изнад 38°Ц или знатно испод 38°Ц. Ово континуирано пребацивање узрокује да велика струја тече кроз вентилатор и електронско коло, што доводи до прегревања или оштећења ових компоненти.

Сцхмитт Триггер: Решење за овај проблем

Да бисмо решили овај проблем, користимо концепт окидача Сцхмитт. Ово укључује примену позитивне повратне спреге на неинвертујући улаз компараторског кола која омогућава колу да прелази између логичког високог и логичког ниског на различитим нивоима напона. Користећи ову шему, могуће је спречити бројне грешке изазване шумом уз обезбеђивање неометаног пребацивања, јер се прелазак на логички високи и низак ниво дешава на различитим нивоима напона.

Побољшани вентилатор са контролом температуре: како функционише

Дизајн функционише у интегрисаном приступу, у коме подаци сензора дају ниво излазног напона, који користе други елементи кола. Разговараћемо о шемама кола у низу да бисмо вам дали увид у то како коло функционише.

Сензор температуре (ЛМ35)

ЛМ35 је ИЦ за детекцију собне температуре и даје излазни напон пропорционалан температури на Целзијусовој скали. Користимо ЛМ35 у паковању ТО-92. Номинално, може прецизно да мери температуру између 0° и 100°Ц, са тачношћу мањом од 1°Ц.

Може се напајати помоћу 4В до 30В ДЦ напајања и узима веома ниску струју од 0,06мА. То значи да има веома ниско самозагревање због мале потрошње струје, а једина топлота (температура) коју детектује је околина.

Излаз температуре Целзијуса ЛМ35 је дат у односу на једноставну функцију линеарног преноса:

…где:

• ВОУТ је излазни напон ЛМ35 у миливолтима (мВ).

• Т је температура у °Ц.

На пример, ако сензор ЛМ35 детектује температуру од приближно 30°Ц, излаз сензора би био скоро 300мВ или 0,3В. Можете измерите напон помоћу дигиталног мултиметра. Користимо ЛМ35 у цевастој водоотпорној сонди у овом „уради сам“ пројекту; међутим, може се користити без цевасте сонде, као ИЦ.

Појачало за појачање напона који користи ЛМ741

Излазни напон температурног сензора је у миливолтима, и стога му је потребно појачање да би се сузбио ефекат шума на сигнал и такође побољшао квалитет сигнала. Појачавање напона нам помаже да користимо ову вредност за даље поређење са стабилним референтним напоном, уз помоћ ЛМ741 оперативног појачала. Овде се ЛМ741 користи као неинвертујуће појачало напона.

За ово коло, појачавамо излаз сензора за фактор 13. ЛМ741 ради у неинвертујућој конфигурацији операцијског појачала. Функција преноса за неинвертујуће операцијско појачало постаје:

Дакле, узимамо Р1 = 1кΩ и Р2 = 12кΩ.

Електронски компаратор прекидача (ЛМ393)

Као што је горе поменуто, за електронско пребацивање без грешака, може се имплементирати Сцхмитт окидач. У ту сврху користимо ЛМ393 ИЦ као Сцхмиттов окидач за компаратор напона. Користимо референтни напон од 5В за инвертовање улаза ЛМ393. Референтни напон од 5В се постиже уз помоћ ЛМ7805 ИЦ регулатора напона. ЛМ7805 ради помоћу напајања од 12В или батерије, и даје константно 5В ДЦ.

Други улаз ЛМ393 је повезан са излазом неинвертујућег кола операцијског појачала, што је описано у горњем одељку. На овај начин, појачана вредност сензора се сада може упоредити са референтним напоном помоћу ЛМ393. Позитивна повратна информација је имплементирана на компаратор ЛМ393 за Сцхмиттов ефекат окидача. Излаз ЛМ393 се одржава активним на високом нивоу, а разделник напона (мрежа отпорника приказана зеленом бојом на дијаграму испод) се користи на излазу за смањење излаза (високог) ЛМ393 на 5 до 6В.

Користимо Кирхофов тренутни закон на неинвертујућим пиновима да анализирамо понашање кола и оптималне вредности отпорника. (Међутим, његова расправа је ван оквира овог чланка.)

Дизајнирали смо отпорничку мрежу тако да када се температура повећа на 39,5°Ц и више, ЛМ393 се пребацује у високо стање. Због ефекта окидача Сцхмитт, остаје висока чак и ако температура падне нешто испод 38°Ц. Међутим, компаратор ЛМ393 може дати логички низак ниво када температура падне испод 37°Ц.

Појачање струје коришћењем транзистора Дарлингтон пара

Излаз ЛМ393 се сада пребацује између логичке ниске и високе, у складу са захтевима кола. Међутим, излазна струја (20мА мак без активне високе конфигурације) компаратора ЛМ393 је прилично ниска и не може да покреће вентилатор. Да бисмо решили овај проблем, користимо УЛН2003 ИЦ Дарлингтон пар транзистора за покретање вентилатора.

УЛН2003 се састоји од седам парова транзистора заједничког емитера отвореног колектора. Сваки пар може носити струју колектор-емитер од 380 мА. На основу тренутних захтева ДЦ вентилатора, више Дарлингтон парова се може користити у паралелној конфигурацији да би се повећао максимални струјни капацитет. Улаз УЛН2003 је повезан са ЛМ393 компаратором, а излазни пинови су повезани са негативним терминалом ДЦ вентилатора. Други терминал вентилатора је повезан са 12В батеријом.

Елементи кола, осим вентилатора и батерије, интегрисани су на Веробоард лемљењем.

Све састављање

Комплетан шематски дијаграм вентилатора са контролом температуре је следећи. Сви ИЦ се напајају из 12В ДЦ батерије. Такође је важно напоменути да сви уземљења морају бити заједничке на негативном терминалу батерије.

Тестирање кола

Да бисте тестирали овај круг, можете користити собни грејач као извор топлог ваздуха. Поставите сонду температурног сензора близу грејача тако да може да детектује врућу температуру. Након неколико тренутака, видећете повећање температуре на излазу сензора. Када температура пређе постављени праг од 39,5°Ц, вентилатор ће се укључити.

Сада искључите собни грејач и пустите да се круг охлади. Када температура падне испод 37°Ц, видећете да ће се вентилатор искључити.

Изаберите сопствени температурни праг за вентилатор са преклопом

Кругови вентилатора који се контролишу температуром се обично користе у многим електронским и електричним уређајима и гаџетима. Можете одабрати сопствене вредности температуре за укључивање и искључивање вентилатора тако што ћете изабрати одговарајућу вредност отпора у шемама Сцхмитт кола компаратора окидача. Сличан концепт се може користити за пројектовање вентилатора са контролом температуре са променљивим брзинама пребацивања, односно брзим и спорим.