Schmitti päästiku abil saate ehitada lihtsa temperatuuriga juhitava ventilaatori, mis lülitub sisse ja välja määratud temperatuuridel, mikrokontrollerit pole vaja.

Erinevates elektroonilistes seadmetes, nagu protsessorid ja mängukonsoolid, olete võib-olla märganud, et protsessor kipub kuumenema intensiivse kasutamise ajal, nagu mängimine või simulatsioon, mis viib ventilaatori sisselülitamiseni või selle kiiruse suurendamiseni, et soojust. Kui protsessor jahtub, naaseb ventilaator normaalsele voolule või lülitub välja.

Selles DIY juhendis ehitame lihtsa temperatuuriga juhitava ventilaatori, mis lülitub sisse ja välja etteantud temperatuuriväärtustel, ilma et oleks vaja selle vooluringis mikrokontrolleri seadet.

Mida vajate

Selle projekti koostamiseks vajate järgmisi komponente, mida saate Interneti-elektroonikapoodidest.

  • Võrdleja IC LM393
  • Temperatuuriandur LM35
  • Operatsioonivõimendi LM741
  • ULN2003 Darlingtoni paari transistor IC
  • DC ventilaator
  • Mõni takistid
  • Pingeregulaator LM7805
  • Ühendusjuhtmed
  • Veroboard
  • Digitaalne multimeeter
  • 12V aku
  • Jootejaam (Valikuline: saate selle projekti ka leivalauale ehitada)

Probleem: alalisvooluventilaatori pidev kiire ümberlülitamine

Selle isetegemise ülesande jaoks tahame, et ventilaator lülituks sisse, kui temperatuuriandur tunneb temperatuuri 38 °C (100 °F) või kõrgemat, ja lülituks välja, kui temperatuur langeb allapoole seda läve. Temperatuuriandurid annavad vooluahelale pingeväljundi, mida saab kasutada ventilaatori juhtimiseks. Vajame pingevõrdlusahelat, mis kasutab LM393, et võrrelda seda pingeväljundit võrdluspingega.

Temperatuurianduri väljundpinge suurendamiseks kasutame mitteinverteerivat LM741 võimendi selle pinge suurendamiseks, mida saab võrrelda pingest tuleneva stabiilse võrdluspingega regulaator. Lisaks kasutame LM7805 5 V alalispinge regulaatorina.

Täheldatakse, et kui temperatuur läheneb 38 °C-le, hakkab vooluahela väljund signaali müra tõttu korduvalt lülituma sisse- ja väljalülitusastmete vahel. See värisemine või kiire ümberlülitumine võib ilmneda, välja arvatud juhul, kui temperatuur langeb oluliselt üle 38 °C või alla 38 °C. See pidev lülitus põhjustab suure voolu läbi ventilaatori ja elektroonikaahela, mis põhjustab nende komponentide ülekuumenemist või kahjustumist.

Schmitti päästik: selle probleemi lahendus

Selle probleemi lahendamiseks kasutame Schmitti päästiku kontseptsiooni. See hõlmab positiivse tagasiside rakendamist võrdlusahela mitteinverteerivale sisendile, mis võimaldab erinevatel pingetasemetel lülituda loogiliselt kõrge ja madala loogika vahel. Seda skeemi kasutades on võimalik vältida arvukaid mürast tingitud vigu, tagades samas sujuva ümberlülitamise, kuna lülitumine loogika kõrgele ja madalale toimub erinevatel pingetasemetel.

Täiustatud temperatuuriga juhitav ventilaator: kuidas see töötab

Disain töötab integreeritud lähenemises, milles anduri andmed annavad väljundpinge taseme, mida kasutavad teised vooluahela elemendid. Arutame ahela skeeme järjest, et anda teile ülevaade vooluringi toimimisest.

Temperatuuriandur (LM35)

LM35 on IC toatemperatuuri tuvastamiseks ja annab väljundpinge, mis on võrdeline temperatuuriga Celsiuse skaalal. Kasutame LM35 pakendis TO-92. Nominaalselt suudab see täpselt mõõta temperatuuri vahemikus 0 °C kuni 100 °C, täpsusega alla 1 °C.

Seda saab sisse lülitada 4 V kuni 30 V alalisvoolu toiteallikaga ja see võtab väga madala voolu 0,06 mA. See tähendab, et sellel on madala voolutarbimise tõttu väga madal isekuumenemine ja ainus soojus (temperatuur), mida see tuvastab, on ümbritsevast keskkonnast.

LM35 temperatuuri väljund Celsiuse järgi on antud lihtsa lineaarse ülekandefunktsiooni alusel:

…kus:

• VOUT on LM35 väljundpinge millivoltides (mV).

• T on temperatuur °C.

Näiteks kui LM35 andur tuvastab umbes 30 °C temperatuuri, on anduri väljund peaaegu 300 mV või 0,3 V. Sa saad mõõta pinget digitaalse multimeetriga. Me kasutame selles DIY projektis LM35 torukujulises veekindlas sondis; aga seda saab kasutada ilma torukujulise sondita, nagu IC.

Pingevõimendi, kasutades LM741

Temperatuurianduri väljundpinge on millivoltides ja vajab seega võimendamist, et summutada müra mõju signaalile ja parandada signaali kvaliteeti. Pingevõimendus aitab meil kasutada seda väärtust LM741 operatsioonivõimendi abil stabiilse võrdluspingega edasiseks võrdlemiseks. Siin kasutatakse LM741 mitteinverteeriva pingevõimendusena.

Selle vooluringi puhul võimendame anduri väljundit 13 korda. LM741 töötab mitteinverteerivas opvõimendi konfiguratsioonis. Mitteinverteeriva operatsioonivõimendi ülekandefunktsiooniks saab:

Seega võtame R1 = 1kΩ ja R2 = 12kΩ.

Elektrooniline lülitite komparaator (LM393)

Nagu eespool mainitud, saab tõrgeteta elektrooniliseks lülitamiseks rakendada Schmitti päästikut. Sel eesmärgil kasutame pingevõrdluslüli Schmitti päästikuna LM393 IC-d. Kasutame LM393 sisendi ümberpööramiseks võrdluspinget 5 V. 5 V pinge etalon saavutatakse LM7805 pingeregulaatori IC abil. LM7805 töötab 12 V toiteallika või akuga ja see annab välja pideva 5 V alalisvoolu.

LM393 teine ​​sisend on ühendatud mitteinverteeriva operatsioonivõimendi vooluringi väljundiga, mida on kirjeldatud ülaltoodud jaotises. Sel viisil saab võimendatud anduri väärtust nüüd võrrelda võrdluspingega, kasutades LM393. Schmitti päästikuefekti jaoks rakendatakse komparaatoril LM393 positiivset tagasisidet. LM393 väljund hoitakse aktiivsena kõrgel ja väljundis kasutatakse pingejaoturit (takistivõrk on näidatud alloleval diagrammil roheliselt), et vähendada LM393 väljundit (kõrge) 5 kuni 6 V peale.

Me kasutame Kirchoffi praegust seadust mitteinverteerivate tihvtide puhul, et analüüsida vooluahela käitumist ja optimaalseid takisti väärtusi. (Kuid selle arutelu ei kuulu selle artikli reguleerimisalasse.)

Oleme projekteerinud takistivõrgu nii, et kui temperatuur tõstetakse 39,5 °C-ni ja kõrgemale, lülitub LM393 kõrgesse olekusse. Tänu Schmitti päästikuefektile püsib see kõrge ka siis, kui temperatuur langeb veidi alla 38°C. Kui temperatuur langeb alla 37 °C, võib LM393 komparaator siiski väljastada madala loogika.

Vooluvõimendus Darlingtoni paaritransistoride abil

LM393 väljund lülitub nüüd vastavalt vooluahela nõuetele loogika madala ja kõrge vahel. Kuid LM393 komparaatori väljundvool (max 20mA ilma aktiivse kõrge konfiguratsioonita) on üsna madal ega suuda ventilaatorit juhtida. Selle probleemi lahendamiseks kasutame ventilaatori juhtimiseks ULN2003 IC Darlingtoni paaritransistore.

ULN2003 koosneb seitsmest avatud kollektoriga ühise emitteri transistoride paarist. Iga paar võib kanda 380 mA kollektor-emitteri voolu. Alalisvooluventilaatori praeguste nõuete alusel saab maksimaalse vooluvõimsuse suurendamiseks paralleelses konfiguratsioonis kasutada mitut Darlingtoni paari. ULN2003 sisend on ühendatud LM393 komparaatoriga ja väljundtihvtid on ühendatud alalisvooluventilaatori negatiivse klemmiga. Ventilaatori teine ​​klemm on ühendatud 12V akuga.

Vooluahela elemendid, välja arvatud ventilaator ja aku, integreeritakse Veroboardi jootmise teel.

Kõike kokku panema

Temperatuuriga juhitava ventilaatori täielik skemaatiline diagramm on järgmine. Kõik IC-d saavad toite 12 V alalisvoolu akust. Samuti on oluline märkida, et kõik maandused peavad olema aku negatiivse klemmi juures ühised.

Ahela testimine

Selle vooluringi testimiseks võite kasutada sooja õhu allikana toasoojendit. Asetage temperatuurianduri sond küttekeha lähedale, et see saaks kuuma temperatuuri tuvastada. Mõne hetke pärast näete anduri väljundis temperatuuri tõusu. Kui temperatuur ületab seatud läve 39,5°C, lülitub ventilaator sisse.

Nüüd lülitage toasoojendaja välja ja laske vooluringil jahtuda. Kui temperatuur langeb alla 37°C, näete, et ventilaator lülitub välja.

Valige lülitatava ventilaatori jaoks oma temperatuurilävi

Temperatuuriga juhitava lülitusventilaatori ahelaid kasutatakse tavaliselt paljudes elektroonika- ja elektriseadmetes ning vidinates. Ventilaatori sisse- ja väljalülitamiseks saate ise valida temperatuuriväärtused, valides Schmitti päästiku võrdlusahela skeemidelt sobiva takistuste väärtuse. Sarnase kontseptsiooni abil saab kujundada muudetava lülituskiirusega, st kiire ja aeglase temperatuuriga ventilaatori.