Говоря операционный усилитель, я зачастую подразумеваю LM358. Так как если нету каких-то особых требований к быстродействию, очень широкому диапазону напряжений или большой рассеиваемой мощности, то LM358 хороший выбор.
Какие же характеристики LM358 принесли ему такую популярность:
- низкая стоимость;
- никаких дополнительных цепей компенсации;
- одно или двуполярное питание;
- широкий диапазон напряжений питания от 3 до 32 В;
- Максимальная скорость нарастания выходного сигнала: 0,6 В/мкс;
- Ток потребления: 0,7 мА;
- Низкое входное напряжение смещения: 0,2 мВ.
LM358 цоколевка
Так как LM358 имеет в своем составе два операционных усилителя, у каждого по два входа и один выход (6 — выводов) и два контакта нужны для питания, то всего получается 8 контактов.
LM358 корпусируются как в корпуса для объемного монтажа (LM358N — DIP8), так и в корпуса для поверхностного монтажа (LM358D — SO8). Есть и металлокерамическое исполнение для особо тяжелых условий работы.
Я применял LM358 только для поверхностного монтажа – просто и удобно паять.
Аналоги LM358
Полные аналоги LM358 от разных производителей NE532, OP04, OP221, OP290, OP295, OPA2237, TA75358P, UPC358C.
Для LM358D — KIA358F, NE532D, TA75358CF, UPC358G.
Вместе с LM358 выпускается большое количество похожих операционных усилителей. Например LM158, LM258, LM2409 имеют аналогичные характеристики, но разный температурный диапазон работы.
| Тип | Минимальная температура, °C | Максимальная температура, °C | Диапазон питающих напряжений, В |
| LM158 | -55 | 125 | от 3(±1,5) до 32(±16) |
| LM258 | -25 | 85 | от 3(±1,5) до 32(±16) |
| LM358 | 70 | от 3(±1,5) до 32(±16) | |
| LM358 | -40 | 85 | от 3(±1,5) до 26(±13) |
Если диапазона 0..70 градусов не хватает, то стоит применить LM2409, однако следует учитывать что у неё диапазон питания уже:
Кстати если нужен только один операционный усилитель в компактном 5 выводном корпусе SOT23-5 то вполне можно применить LM321, LMV321 (аналоги AD8541, OP191, OPA337).
Наоборот, если нужно большое количество рядом расположенных операционных усилителей, то можно применить счетверенные LM324 в 14 выводном корпусе. Можно вполне сэкономить пространство и конденсаторы по цепям питания.
LM358 схема включения: неинвертирующий усилитель
Коэффициент усиления этой схемы равен (1+R2/R1).
Зная сопротивления резисторов и входное напряжение можно посчитать выходное:
Uвых=Uвх*(1+R2/R1).
При следующих значениях резисторов коэффициент усиления будет равен 101.
- DA1 – LM358;
- R1 – 10 кОм;
- R2 – 1 MОм.
LM358 схема включения: мощный неинвертирующий усилитель
- DA1 – LM358;
- R1 – 910 кОм;
- R2 – 100 кОм;
- R3 – 91 кОм.
Для этой схемы коэффициент усиления по напряжению равен 10, в общем случае коэффициент усиления этой схемы равен (1+R1/R2).
Коэффициент усиления по току определяется соответствующим коэффициентом транзистора VT1.
LM358 схема включения: преобразователь напряжение — ток
Выходной ток этой схемы будет прямо пропорционален входному напряжению и обратно пропорционален значению сопротивления R1.
I=Uвх/R, [А]=[В]/[Ом].
Для сопротивления резистора R1 равного 1 Ом, каждый Вольт входного напряжения будет давать, один Ампер выходного напряжения.
LM358 схема включения: преобразователь ток — напряжение
А эта схема нужна для преобразования малых токов в напряжение.
Uвых = I * R1, [В]= [А]*[Ом].
Например при R1 = 1 МОм, ток через 1 мкА, превратиться в напряжение 1В на выходе DA1.
LM358 схема включения: дифференциальный усилитель
Эта схема дифференциального усилителя с высоким входным сопротивление, может применятся для измерения напряжении источников с высоким внутренним сопротивлением.
При условии, что R1/R2=R4/R3, выходное напряжение можно рассчитать как:
Uвых = (1+R4/R3)(Uвх1 – Uвх2).
Коэффициент усиления соответственно будет равен: (1+R4/R3).
Для R1 = R2 = R3 = R4 = 100 кОм, коэффициент усиления будет равен 2.
LM358 схема включения: дифференциальный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления
Стоит отметить, что предыдущая схема не позволяет подстраивать коэффициент усиления, так как требует одновременного изменения двух резисторов. Если необходимо иметь возможность регулировки коэффициента усиления в дифференциальном усилителе, то можно воспользоваться схемой на трех операционных усилителях.
В данной схеме подстройка коэффициента усиления осуществляется за счет регулировки резистора R2.
Для этой схемы нужно соблюсти условия равенства значений сопротивлений резисторов: R1 = R3 и R4 = R5 = R6 = R7.
Тогда коэффициент усиления будет равен: (1+2*R1/R2).
Uвых = (1+2*R1/R2)(Uвх1 – Uвх2).
LM358 схема включения: монитор тока
Еще одна интересная схема позволяющая измерять ток в питающем проводе и состоящая из шунта R1, операционного усилителя npn – транзистора и двух резисторов.
- DA1 – LM358;
- R1 – 0,1 Ом;
- R2 – 100 Ом;
- R3 – 1 кОм.
Напряжение питания операционного усилителя должно быть минимум на 2 В, выше напряжения нагрузки.
LM358 схема включения: преобразователь напряжение – частота
И напоследок схема которую можно использовать в качестве аналого-цифрового преобразователя. Нужно только подсчитать период или частоту выходных сигналов.
- C1 – 0,047 мкФ;
- DA1 – LM358;
- R1 – 100 кОм;
- R2 – 50 кОм;
- R3,R4,R5 – 51 кОм;
- R6 — 100 кОм;
- R7 — 10 кОм.
Регулятор тока на lm358 и полевом транзисторе
Данный терморегулятор построен на операционном усилителе LM358, который выполняет роль компаратора. В качестве датчика температуры использован термистор сопротивлением 10к. Температура устанавливается с помощью потенциометра на 10к, и ее можно установить в довольно широком диапазоне.
Как было сказано выше, LM358 работает в качестве компаратора, и поэтому аналоговый сигнал будет преобразован в цифровой, и на выходе мы получим сигнал нуля или единицы. Выходной сигнал операционного усилителя управляет транзистором BC547B, который, в свою очередь, управляет катушкой реле, а та управляет нагрузкой с номинальным напряжением 220 вольт.
В схеме использована только одна часть операционного усилителя LM358, и, следовательно, на одном таком ОУ можно сделать два независимых термостата. Диапазон рабочей температуры составляет приблизительно от 0°C до 60°C.
Изменить его можно путем подбора резистор R3. За гистерезис в этой системе отвечает резистор R1. Схема терморегулятора питается постоянным напряжением 12В. Резистор R7 служит для изменения чувствительности потенциометра.
Стоит еще обратить внимание на резистор, обозначенный на схеме как R6.
Его отсутствие приведет к некорректной работе терморегулятора при высоких температурах — термистор под влиянием увеличения температуры уменьшает свое сопротивление, что в крайних случаях (при высокой температуре) может привести к снижению сопротивления до такого значения, что ток, протекающий через термистор, начинает его нагревать, а это приведет к бесконечным переключениям реле.
Гистерезис также претерпевает изменения после замены термистора на термистор бОльшего сопротивления, например, 22к. Сама микросхема LM358 потребляет очень маленький ток ок. 5-10 мА. Из-за отсутствия линейности термистора, установка точной температуры может быть затруднительна в крайних положениях потенциометра.
Плата терморегулятора выполнена по технологии ЛУТ. Размеры печатной платы: длина около 9 см, ширина около 2 см. Она разделена на две зоны, слева — это логика — безопасное напряжение, а реле, управляющее нагрузкой 220 вольт расположено справа. Диодный мост находится на отдельной плате вместе с трансформатором.
Для лучшего контроля над заданной температурой можно использовать аналоговый датчик температуры LM35. У него показание температуры линейное, но на практике схема, конечно же, будет иной.
Все радиоэлектронные компоненты следует разделять по мощности, диапазону рабочих частот, напряжению питания и прочим параметрам.
А операционный усилитель LM358 относится к среднему классу устройств, которые получили самую широкую сферу применения для конструирования различных устройств: приборы контроля температуры, аналоговые преобразователи, промежуточные усилители и прочие полезные схемы.
Описание микросхемы LM358
Подтверждением высокой популярности микросхемы являются ее рабочие характеристики, позволяющие создавать много различных устройств. К основным показательным характеристикам компонента следует отнести нижеследующие.
Приемлемые рабочие параметры: в микросхеме предусмотрено одно и двухполюсное питание, широкий диапазон напряжений питания от 3 до 32 В, приемлемая скорость нарастания выходного сигнала, равная всего 0,6 В/мкс. Также микросхема потребляет всего 0,7 мА, а напряжение смещения составит всего 0,2мВ.
Описание выводов
Микросхема реализована в стандартных корпусах DIP, SO и имеет 8 выводов для подключения к цепям питания и формирования сигналов. Два из них (4, используются в качестве выводов двухполярного и однополярного питания в зависимости от типа источника или конструкции готового устройства. Входы микросхемы 2, 3 и 5, 6. Выходы 1 и 7.
В схеме операционного усилителя имеются 2 ячейки со стандартной топологией выводов и без цепей коррекции. Поэтому для реализации более сложных и технологичных устройств потребуется предусматривать дополнительные схемы преобразования сигналов.
Микросхема является популярной и используется в бытовых приборах, эксплуатируемых при нормальных условиях, и в особых с повышенной или пониженной температурой окружающей среды, высокой влажностью и прочими неблагоприятными факторами. Для этого интегральный элемент выпускается в различных корпусах.
Аналоги микросхемы
Являясь средним по параметрам, операционный усилитель LM358 имеет аналоги по техническим характеристикам. Компонент без буквы может быть заменен на OP295, OPA2237, TA75358P, UPC358C, NE532, OP04, OP221, OP290.
А для замены LM358D потребуется использовать KIA358F, NE532D, TA75358CF, UPC358G.
Интегральная микросхема выпускается в серии с другими компонентами, которые имеют отличия лишь в температурном диапазоне, предназначенные для работы в суровых условиях.
Встречаются операционные усилители с максимальной температурой до 125 градусов и с минимальной до 55. Из-за чего сильно разнится и стоимость устройства в различных магазинах.
К серии микросхем относятся LM138, LM258, LM458. Подбирая альтернативные аналоговые элементы для применения в устройствах важно учитывать рабочий температурный диапазон.
Например, если LM358 с пределом от 0 до 70 градусов недостаточно, то можно использовать более приспособленные к суровым условиям LM2409. Также довольно часто для изготовления различных устройств требуется не 2 ячейки, а 1, тем более, если место в корпусе готового изделия ограничено.
Одними из самых подходящих для использования при конструировании небольших устройств являются ОУ LM321, LMV321, у которых также есть аналоги AD8541, OP191, OPA337.
Особенности включения
Существует много схем подключения операционного усилителя LM358 в зависимости от необходимых требований и выполняемых функций, которые будут к ним предъявлены при эксплуатации:
- неинвертирующий усилитель;
- преобразователь ток-напряжение;
- преобразователь напряжение-ток;
- дифференциальный усилитель с пропорциональным коэффициентом усиления без регулировки;
- дифференциальный усилитель с интегральной схемой регулирования коэффициента;
- схема контроля тока;
- преобразователь напряжение-частота.
Популярные схемы на lm358
Существуют различные устройства, собранные на LM358 N , выполняющие определенные функции. При этом это могут быть всевозможные усилители как УМЗЧ, так и в промежуточных цепях измерений различных сигналов, усилитель термопары LM358, сравнивающие схемы, аналого-цифровые преобразователи и прочее.
Неинвертирующий усилитель и источник опорного напряжения
Это самые популярные типы схем подключения, применяемые во многих устройствах для выполнения различных функций. В схеме неинвертирующего усилителя выходное напряжения будет равно произведению входного на пропорциональный коэффициент усиления, сформированный отношением двух сопротивлений, включенных в инвертирующую цепь.
Схема источника опорного напряжения пользуется высокой популярностью благодаря своим высоким практическим характеристикам и стабильности работы в различных режимах.
Схема отлично удерживает необходимый уровень выходного напряжения.
Она получила применение для построения надежных и высококачественных источников питания, аналоговых преобразователей сигналов, в устройствах измерения различных физических величин.
Генератор синусоидальных сигналов
Одной из самых качественных схем синусоидальных генераторов является устройство на мосте Вина. При корректном подборе компонентов генератор вырабатывает импульсы в широком диапазоне частот с высокой стабильностью. Также микросхема LM 358 часто используется для реализации генератора прямоугольных импульсов различной скважности и длительности. При этом сигнал является стабильным и высококачественным.
Усилитель
Основным применением микросхемы LM358 являются усилители и различная усилительная аппаратура. Что обеспечивается за счет особенностей включения, выбора прочих компонентов. Такая схема применяется, например, для реализации усилителя термопары.
Усилитель термопары на LM358
Очень часто в жизни радиолюбителя требуется осуществлять контроль температуры каких-либо устройств. Например, на жале паяльника.
Обычным градусником это не сделаешь, тем более, когда необходимо изготовить автоматическую схему регулирования. Для этого можно использоваться ОУ LM 358. Эта микросхема имеется малый тепловой дрейф нуля, поэтому относится к высокоточным.
Поэтому она активно используется многими разработчиками для изготовления паяльных станций, прочих в устройствах.
Схема позволяет измерять температуру в широком диапазоне от 0 до 1000 о С с достаточно высокой точностью до 0,02 о С. Термопара изготовлена из сплава на основе никеля: хромаля, алюмеля.
Второй тип металла имеет более светлый цвет и меньше подвержен к намагничиванию, хромаль темнее, магнитится лучше. К особенностям схемы стоит отнести наличие кремниевого диода, который должен быть размещен как можно ближе к термопаре.
Термоэлектрическая пара хромаль-алюмель при нагреве становится дополнительным источником ЭДС, что может внести существенные коррективы на основные измерения.
Простая схема регулятора тока
Схема включает кремниевый диод. Напряжения перехода с него используется как источник опорного сигнала, поступающий через ограничивающий резистор на неинвертирующий вход микросхемы. Для регулировки тока стабилизации схемы использован дополнительный резистор, подключенный к отрицательному выводу источника питания, к неивертирующему входу МС.
Схема состоит из нескольких компонентов:
- Резистора, подпирающего ОУ минусовым выводом и сопротивлением 0,8 Ом.
- Резистивного делителя напряжения, состоящего из 3 сопротивлений с диодом, выступающего источником опорного напряжения.
Резистор номиналом 82 кОм подключен к минусу источника и положительному входу МС. Опорное напряжение формируется делителем, состоящим из резистора 2,4 кОм и диода в прямом включении. После чего ток ограничивается резистором 380 кОм.
ОУ управляет биполярным транзистором, эмиттер которого подключен непосредственно к инвертирующему входу МС, образовав отрицательную глубокую связь. Резистор R 1 выступает измерительным шунтом.
Опорное напряжение формируется при помощи делителя, состоящего из диода VD 1 и резистора R 4.
В представленной схеме при условии использования резистора R 2 сопротивлением 82 кОм ток стабилизации в нагрузке составляет 74мА при входном напряжении 5В. А при увеличении входного напряжения до 15В ток увеличивается до 81мА. Таким образом, при изменении напряжения в 3 раза ток изменился не более, чем на 10%.
Зарядное устройство на LM 358
С использованием ОУ LM 358 часто изготавливают зарядные устройства с высокой стабилизацией и контролем выходного напряжения. Как пример, можно рассмотреть зарядное устройство для Li — ion с питанием от USB . Эта схема представляет собой автоматический регулятор тока. То есть, при повышении напряжения на аккумуляторе зарядный ток падает. А при полном заряде АКБ схема прекращает работать, полностью закрывая транзистор.
по входам + и — поставить делители напряжений состоящих из термосопротивления и резистора МЛТ (по 100К четыре сопротивления). К минусу питания термосопротивления к плюсу МЛТ, т.
е регистрировать разницу температур в гараже и на улице. Запитать схему от элементов 4,5 Вольта. Вопрос . Как будет уплывать точность настройки с понижением напряжения с 4,5 В. до 3,5В.Спасибо.
Где почитать чтобы самому дошло.
- Всем привет друзья, в этой записи хочу рассказать вам про стабилизатор тока для зарядного устройства который сможет собрать своими руками практически каждый.
Терморегулятор для погреба своими руками
Выбор датчика для терморегулятора
Терморегулятор в быту применяется в самых разных устройствах, начиная от холодильника и заканчивая утюгами и паяльниками. Наверно, нет такого радиолюбителя, который обошел бы стороной подобную схему. Чаще всего в качестве датчика или сенсора температуры в различных любительских конструкциях используются терморезисторы, транзисторы или диоды. Работа таких терморегуляторов достаточно проста, алгоритм работы примитивный, и как следствие простая электрическая схема.
Поддержание заданной температуры производится включением – выключением нагревательного элемента (ТЭН): как только температура достигнет заданной величины, срабатывает сравнивающее устройство (компаратор) и ТЭН отключается. Такой принцип регулирования реализован во всех простых регуляторах. Казалось бы, все просто и понятно, но это лишь до того, пока не дошло до практических опытов.
Самым сложным и трудоемким процессом в изготовлении «простых» терморегуляторов является настройка на требуемую температуру. Для определения характерных точек температурной шкалы предлагается сначала погружать датчик в сосуд с тающим льдом (это ноль градусов Цельсия), а затем в кипяток (100 градусов).
После этой «калибровки» методом проб и ошибок при помощи градусника и вольтметра производится настойка необходимой температуры срабатывания. После таких опытов результат оказывается не самым лучшим.
Сейчас различными фирмами выпускается множество температурных сенсоров уже откалиброванных в процессе производства. В основном это датчики, рассчитанные на работу с микроконтроллерами.
Информация на выходе этих датчиков цифровая, передается по однопроводному двунаправленному интерфейсу 1-wire, что позволяет создавать целые сети на базе подобных устройств.
Другими словами очень просто создать многоточечный термометр, контролировать температуру, например, в помещении и за окном, и даже не в одной комнате.
На фоне такого изобилия интеллектуальных цифровых сенсоров неплохо выглядит скромный прибор LM335 и его разновидности 235, 135. Первая цифра в маркировке говорит о назначении прибора: 1 соответствует военной приемке, 2 индустриальное применение, а тройка говорит об использовании компонента в бытовых приборах.
Кстати, такая же стройная система обозначений свойственна многим импортным деталям, например операционным усилителям, компараторам и многим другим. Отечественным аналогом таких обозначений была маркировка транзисторов, например, 2Т и КТ. Первые предназначались для военных, а вторые для широкого применения. Но пора вернуться к уже знакомому нам LM335.
Внешне этот сенсор похож на маломощный транзистор в пластмассовом корпусе ТО — 92, но внутри него находится 16 транзисторов. Также этот датчик может быть и в корпусе SO – 8, но различий между ними нет никаких. Внешний вид датчика показан на рисунке 1.
Рисунок 1. Внешний вид датчика LM335
По принципу действия датчик LM335 представляет собой стабилитрон, у которого напряжение стабилизации зависит от температуры. При повышении температуры на один градус Кельвина напряжение стабилизации увеличивается на 10 милливольт. Типовая схема включения показана на рисунке 2.
Рисунок 2. Типовая схема включения датчика LM335
При взгляде на этот рисунок сразу можно спросить, какое же сопротивление резистора R1 и, какое напряжение питания при такой схеме включения.
Ответ содержится в технической документации, где сказано, что нормальная работа изделия гарантируется в диапазоне токов 0,45…5,00 миллиампер.
Следует заметить, что предел в 5 мА превышать не следует, поскольку датчик будет перегреваться и измерять собственную температуру.
Что будет показывать датчик LM335
Согласно документации (Data Sheet) датчик проградуирован по абсолютной шкале Кельвина. Если предположить, что температура внутри помещения -273,15°C, а это абсолютный ноль по Кельвину, то рассматриваемый датчик должен показать нулевое напряжение. При увеличении температуры на каждый градус выходное напряжение стабилитрона будет возрастать на целых 10мВ или на 0,010В.
Чтобы перевести температуру из привычной всем шкалы Цельсия в шкалу Кельвина достаточно просто прибавить 273,15. Ну, про 0,15 всегда и все забывают, поэтому просто 273, и получается, что 0°C это 0+273 = 273°K.
В учебниках физики нормальной температурой считается 25°C, а по Кельвину получается 25+273 = 298, а точнее 298,15. Именно эта точка упоминается в даташите, как единственная точка калибровки сенсора. Таким образом, при температуре 25°C на выходе датчика должно быть 298,15 * 0,010 = 2,9815В.
Рабочий диапазон датчика находится в пределах -40…100°C и во всем диапазоне характеристика датчика очень линейна, что позволяет легко рассчитать показания датчика при любой температуре: сначала надо пересчитать температуру по Цельсию в градусы Кельвина. Затем полученную температуру умножить на 0,010В. Последний ноль в этом числе говорит о том, что напряжение в Вольтах указано с точностью до 1мВ.
Все эти рассуждения и расчеты должны навести на мысль, что при изготовлении терморегулятора не придется ничего градуировать, макая сенсор в кипяток и в тающий лед. Достаточно просто рассчитать напряжение на выходе LM335, после чего останется только выставить это напряжение в качестве задающего на входе сравнивающего устройства (компаратора).
Еще один повод для использования LM335 в своей конструкции это небольшая цена. В интернет магазине его можно купить по цене около 1 доллара. Наверно, доставка обойдется дороже. После всех этих теоретических рассуждений можно перейти к разработке электрической схемы терморегулятора. В данном случае для погреба.
Принципиальная схема терморегулятора для погреба
Чтобы сконструировать терморегулятор для погреба на базе аналогового термодатчика LM335 не надо изобретать ничего нового. Достаточно обратиться к технической документации (Data Sheet) на этот компонент. Даташит содержит все способы применения датчика, в том числе и собственно терморегулятор.
Но эту схему можно рассматривать как функциональную, по которой можно изучить принцип работы.
Практически придется дополнить ее выходным устройством, позволяющим включать нагреватель заданной мощности и, естественно, блоком питания и, возможно, индикаторами работы.
Об этих узлах будет рассказано несколько позже, а пока посмотрим, что же предлагает фирменная документация, она же даташит. Схема, как она есть, показана на рисунке 3.
Рисунок 3. Схема подключения датчика LM335
Как работает компаратор
Основой предлагаемой схемы является компаратор LM311, он же 211 или 111. Как и все компараторы, 311-й имеет два входа и выход. Один из входов (2) является прямым и обозначен знаком +. Другой вход — инверсный (3) обозначен знаком «минус». Выходом компаратора является вывод 7.
Логика работы компаратора достаточно проста. Когда напряжение на прямом входе (2) больше, чем на инверсном (3), на выходе компаратора устанавливается высокий уровень. Транзистор открывается и подключает нагрузку. На рисунке 1 это сразу нагреватель, но ведь это функциональная схема. К прямому входу подключен потенциометр, задающий порог срабатывания компаратора, т.е. уставку температуры.
Когда напряжение на инверсном входе больше, чем на прямом, на выходе компаратора установится низкий уровень. К инверсному входу подключен термодатчик LM335, поэтому при повышении температуры (нагреватель уже включен) будет повышаться напряжение на инверсном входе.
Когда напряжение датчика достигнет порога срабатывания, установленного потенциометром, компаратор переключится в низкий уровень, транзистор закроется и отключит нагреватель. Далее весь цикл повторится.
Осталось совсем ничего, — на базе рассмотренной функциональной схемы разработать практическую схему, по возможности простую и доступную для повторения начинающими радиолюбителями. Возможный вариант практической схемы показан на рисунке 4.
Рисунок 4.
Несколько пояснений к принципиальной схеме
Нетрудно видеть, что базовая схема немного изменилась. Прежде всего, вместо нагревателя транзистор будет включать реле, а что будет включать реле об этом чуть позже. Еще появился электролитический конденсатор C1, назначение которого сглаживание пульсаций напряжения на стабилитроне 4568. Но расскажем о назначении деталей чуть подробней.
Питание термодатчика и делителя напряжения уставки температуры R2, R3, R4 стабилизировано параметрическим стабилизатором R1, 1N4568, C1 с напряжением стабилизации 6,4В. Даже если питание всего устройства будет производиться от стабилизированного источника, дополнительный стабилизатор не помешает.
Такое решение позволяет питать все устройство от источника, напряжение которого можно выбрать в зависимости от напряжения катушки реле, имеющегося в наличии. Скорее всего, это будет 12 или 24В.
Источник питания может быть даже нестабилизированным, просто диодный мост с конденсатором.
Но лучше все-таки не поскупиться и поставить в блок питания интегральный стабилизатор 7812, который обеспечит еще и защиту от КЗ.
Если уж разговор зашел про реле, что можно в данном случае применить? Прежде всего, это современные малогабаритные реле, наподобие тех, что применяются в стиральных машинах. Внешний вид реле показан на рисунке 5.
Рисунок 5. Малогобаритное реле
При всей миниатюрности такие реле могут коммутировать ток до 10А, что позволяет коммутировать нагрузку до 2КВт. Это если на все 10А, но так делать не надо. Самое большее, что можно включить таким реле это нагреватель мощностью не более 1КВт, ведь должен же быть хоть какой-то «запас прочности»!
Совсем хорошо, если реле своими контактами будет включать магнитный пускатель серии ПМЕ, а уж он пусть включает нагреватель. Это один из самых надежных вариантов включения нагрузки.
Другие варианты подключения описаны в статье «Как подключить нагрузку к блоку управления на микросхемах». Но практика показывает, что вариант с магнитным пускателем, пожалуй, самый простой и надежный.
Возможная реализация такого варианта показана на рисунке 6.
- Рисунок 6.
- Электропитание терморегулятора
- Блок питания устройства нестабилизированный, а поскольку сам терморегулятор (одна микросхема и один транзистор) практически никакой мощности не потребляет, то в качестве источника питания вполне подойдет любой сетевой адаптер китайского производства.
Если сделать блок питания, как показано на схеме, то вполне подойдет небольшой силовой трансформатор от кассетного магнитофона калькулятора или чего-то другого. Главное, чтобы напряжение на вторичной обмотке было не свыше 12..14В. При меньшем напряжении не будет срабатывать реле, а при большем оно просто может сгореть.
Если выходное напряжения трансформатора находится в пределах 17…19В, то тут без стабилизатора не обойтись. Это не должно пугать, ведь современные интегральные стабилизаторы имеют всего 3 вывода, запаять их не так и сложно.
Включение нагрузки
Открытый транзистор VT1 включает реле K1, которое своим контактом K1.1 включает магнитный пускатель K2. Контакты магнитного пускателя K2.1 и K2.2 подключают к сети нагреватель. Следует отметить, что нагреватель включается сразу двумя контактами. Такое решение гарантирует, что при отключенном пускателе на нагрузке не останется фаза, если, конечно все исправно.
Поскольку погреб помещение влажное, иногда очень сырое, в плане электробезопасности очень опасное, то подключение всего устройства лучше всего осуществить с применением УЗО по всем требованиям к современной проводке. О правилах устройства электрической проводки в подвале можно почитать в этой статье.
Каким должен быть нагреватель
Схем терморегуляторов для погреба опубликовано немало. Когда-то их печатал журнал «Моделист-коструктор» и другие печатные издания, а теперь все это изобилие перекочевало в интернет. В этих статьях даются рекомендации, каким же должен быть нагреватель.
Кто-то предлагает обычные стоваттные лампы накаливания, трубчатые нагреватели марки ТЭН, масляные радиаторы (можно даже с неисправным биметаллическим регулятором).
Также предлагается использовать бытовые обогреватели с встроенным вентилятором. Главное, чтобы не было прямого доступа к токоведущим частям.
Поэтому старые электроплитки с открытой спиралью и самодельные нагреватели типа «козёл» применять ни в коем случае нельзя.
Сначала проверьте монтаж
Если устройство собрано без ошибок из исправных деталей, то особой наладки не требуется. Но в любом случае перед первым включением обязательно проверить качество монтажа: нет ли непропаек или наоборот замкнутых дорожек на печатной плате. И проделывать эти действия надо не забывать, просто взять себе за правило. Особенно это относится к конструкциям, подключаемым к электрической сети.
Настройка терморегулятора
Если первое включение конструкции произошло без дыма и взрывов, то единственное, что надо сделать, это выставить опорное напряжение на прямом входе компаратора (вывод 2), согласно желаемой температуре. Для этого необходимо произвести несколько расчетов.
Предположим, что температура в погребе должна поддерживаться на уровне +2 градуса по Цельсию. Тогда сначала переводим ее в градусы Кельвина, затем полученный результат умножаем на 0,010В в результате получается опорное напряжение, оно же уставка температуры.
- (273,15 + 2) * 0,010 = 2,7515(В)
- Если предполагается, что терморегулятор должен поддерживать температуру, например, +4 градуса, то получится следующий результат: (273,15 + 4) * 0,010 = 2,7715(В)
- Борис Аладышкин
Схема термостата
Предлагаемый проверенный и неплохо себя зарекомендовавший термостат работает в диапазоне 0 — 100°С. Он осуществляет электронный контроль температуры, коммутируя нагрузку через реле. Схема собрана с использованием доступных микросхем LM35 (датчик температуры), LM358 и TL431.
Схема электрическая термостата
Детали для устройства
- IC1: LM35DZ температурный датчик
- IC2: TL431 прецизионный источник опорного напряжения
- IC3: двойной однополярный ОУ LM358.
- LED1: 5 мм светодиод
- В1: PNP транзистор A1015
- Д1 — Д4: 1n4148 и 1N400x кремниевые диоды
- ZD1: стабилитрон на 13 В, 400 мВт
- Подстроечный резистор 2.2 к
- Р1 — 10к
- R2 — 4,7 М
- Р3 — 1.2 К
- Р4 — 1к
- Р5 — 1к
- Р6 — 33 Ом
- С1 — 0.1 мкф керамический
- С2 — 470 мкФ электролитический
- Реле на 12 В постоянного тока однополюсное двухпозиционное 400 Ω или выше
Устройство выполняет простой, но очень точный тепловой контроль тока, которая может использоваться там, где необходим автоматический контроль температуры. Схема переключает реле в зависимости от температуры, определяемой однокристальным датчиком LM35DZ. Когда LM35DZ обнаруживает температуру выше, чем заданный уровень (установленный регулятором), реле срабатывает. Когда температура падает ниже заданной температуры — реле обесточивается. Таким образом и удерживается нужное значение инкубатора, термостата, системы подогрева дома и так далее. Схема может питаться от любого источника переменного или постоянного тока 12 В, или от автономного аккумулятора. Существует несколько версий датчика температуры LM35:
- LM35CZ и LM35CAZ (в to-92 корпусе) − 40 — +110C
- LM35DZ (в to-92 корпус) 0 — 100с.
- LM35H и LM35AH (в-46 корпус) − 55 — +150C
Принцип работы
Как работает терморегулятор. Основой схемы является температурный датчик, который представляет собой преобразователь градусы — вольты. Выходное напряжение (на выводе 2) линейно изменяется вместе с температурой от 0 В (при нуле) до 1000 мВ (при 100 градусах).
Это значительно упрощает расчет цепи, так как нам нужно только обеспечить прецизионный источник опорного напряжения (TL431) и точный компаратор (А1 LM358) с целью построения полной тепловой управляемости коммутатором. Регулятор и резистор задают опорное напряжение (vref) 0 — 1.62 В.
Компаратор (А1) сравнивает опорное напряжение vref от (установленного регулятором) с выходным напряжением LM35DZ и решает, следует ли включить или выключить питание реле. Цель резистора R2 создать гистерезис, который помогает предотвратить дребезг реле.
Гистерезис обратно пропорционален значению R2.
Настройка
Никаких специальных приборов требуется. Например, чтобы установить 70С срабатывания подключите цифровой вольтметр или мультиметр через тестовые точки «ТР1» и «масса». Отрегулируйте vr1, пока не получите точное значение 0,7 В на вольтметре. Другой вариант схемы, с использованием микроконтроллера, смотрите здесь.
Originally posted 2019-06-26 20:13:24. Republished by Blog Post Promoter
Экономичное термостатирование элементов — LM35, LM358
Иногда от любительской радио- или измерительной аппаратуры требуется повышенная стабильность или точность.
В этих случаях в необходимых узлах либо применяют специальные термокомпенсированные компоненты, либо используют термостатирование обычных.
Второй путь дешевле, заманчивее и перспективнее, а в некоторых случаях он и безальтернативен, если, к примеру, нужен очень стабильный гальванический элемент.
Широкому применению метода мешают, порой, пустяки. То отсутствует под рукой удобный температурный датчик, то жаль тратить время на теплоизолированный кожух для датчика, нагревателя и компонентов.
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 и минимума тепловых потерь и разместите этот бутерброд там, где необходимо. Прикройте кусочком поролона или каплей монтажной пены. Осталось подключить транзистор к схеме термостата (Рисунок 1).
 |
| Рисунок 1. |
По такой методике, первым делом (Рисунок 2) с помощью транзистора 2SC3311 в корпусе SC-72 был термостатирован датчик температуры LM35DZ в корпусе TO-92.
Полученные результаты:
- температура 65 °C,
- точность поддержания температуры ±0.5 °C,
- средняя мощность 0.4 Вт,
- максимальная мощность 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 операционном усилителе DA1.2, переключатель тока базы (DA1.1), транзистор VT1 (нагреватель-датчик) и RC-цепь временнóй задержки (C1R3).
В исходный момент времени температура транзистора ниже заданной, напряжение база-эмиттер выше порога, установленного подстроечным резистором 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 с.
Теперь тонкости. При первом включении рекомендуется измерить потребляемый термостатом ток и подобрать резистор R6, чтобы ток был в пределах 100-115 мА. Затем потенциометром необходимо выставить нужную температуру.
Транзистор VT1 желательно иметь с максимальным коэффициентом передачи тока (h21Э > 200), если устройство питается от 5 вольт. Это связано с тем, что выходное напряжение высокого уровня ОУ LM358 при таком 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 на Рисунке 1). Точность термостатирования зависит от стабильности, в том числе температурной, резисторов делителя и напряжения питания.
 |
| Рисунок 2. |
Следует упомянуть принцип [1], на котором реализовано вышеописанное устройство и похожую схемную реализацию устройства аналогичного назначения [2].
Литература
- Устройство для регулирования температуры. А.с. СССР, 997004, Опуб.: 15.02.1983. Авторы: Долотов, Преображенский
- Стабилизатор температуры жала паяльника. Л. Елизаров. Радио, 10, 2014, 33
Электронный терморегулятор для инкубатора, схема и описание (LM358, IRF840)
Это несложное электронное устройство предназначено для поддержания заданной температуры в домашнем террариумеили инкубаторе. Но его можно использовать и для самых разных других нужд. Точность у прибора достаточно высокая, а диапазон поддержания температуры можно выбрать в пределах от -40°С до + 150 °С.
Нужный диапазон и его ширина устанавливаются подбором сопротивлений двух резисторов. Это можно сделать как опытным путем, так и при помощи математических расчетов, беря данные о сопротивлении термистора при различной температуре из приводимой здесь таблицы. Прибор рассчитан на подключение на выходе в качестве нагревательного элемента батареи из инфракрасных ламп накаливания.
Впрочем, это могут быть и обычные «световые» лампы накаливания, покрашенные в черный цвет, чтобы понизить их световое излучение и оставить только тепловое.
Лампы на напряжение переменного тока 220V. В этой схеме они питаются пульсирующим постоянным напряжением (подключены через диод) поэтому эффективное напряжение на них поступает около 180V.
Если будут использоваться «световые» лампы накаливания пониженное напряжение питания даже лучше, потому что если эти лампы окрасить в черный цвет, они могут сильнее нагреваться и перегореть, а так риск перегорания существенно ниже.
Выходным ключом служит мощный ключевой полевой транзистор типа IRF840 (или любой его аналог). Эти транзисторы характеризуются малым сопротивлением открытого канала, поэтому они на себе рассеивают малую мощность.
При суммарной мощности нагревательных ламп до 300W транзистор может работать без радиатора. С радиатором — до 2000W.
Датчиком температуры служит полупроводниковый терморезистор (термистор) NTCLE100E3123 номинальным сопротивлением 12К Номинальным считается сопротивление при температуре 25°С.
Таблица сопротивления данного термистора при различной температуре приводится здесь ниже. Прибор питается непосредственно от электросети без применения трансформатора и оптопар, поэтому все его детали находятся под потенциалом электросети. Это необходимо учитывать при эксплуатации данного прибора и при по проработке его конструктивного исполнения, чтобы избежать поражения током.
Принципиальная схема
Теперь конкретно к схеме. Термистор -RT1. Параллельно ему включен конденсатор С3, это нужно для того, чтобы термистор можно было отнести от платы на значительное расстояние. В таком случае на проводах к нему идущих могут наводиться помехи и наводки. Так вот С3 их подавляет.
Рис. 1. Принципиальная схема самодельного терморегулятора для террариума или инкубатора.
Если же термистор в непосредственной близости от платы или вообще на ней, в С3 большой надобности нет. Схема, в общем-то, типовая. Она представляет собой компаратор на операционном усилителе А1, на прямой вход которого поступает напряжение от термозависимого делителя напряжения.
Состоящего из термистора RT1 и постоянного резистора R1 (резистор R1 выбран такого же сопротивления, как номинальное сопротивление термистора).
На инверсный вход операционного усилителя поступает опорное напряжение от регулируемого делителя, состоящего из потенциометра R4 и ограничивающих диапазон его регулировки, постоянных резисторов R2 и R3.
Величины их сопротивления зависят от того в каких пределах нужно регулировать температуру. Резистор R5, включенный между прямым входом операционного усилителя и его выходом для создания небольшого гистерезиса.
Когда температура ниже установленного резистором R4 значения напряжение на прямом входе операционного усилителя становится больше чем на инверсном, -на выходе устанавливается максимальное напряжение. Оно поступает на затвор VТ1 через делитель на R6 и R7, и транзистор открывается, подавая ток на лампы Н1-Н4.
Делитель на резисторах R6 и R7 нужен для того чтобы снизить максимальное напряжение на затворе полевого транзистора.
Когда температура становится выше заданного резистором R4 значения, напряжение на прямом входе операционного усилителя становится меньше напряжения на его инверсном входе.
На выходе А1 устанавливается минимальное напряжение и транзистор VТ1 закрывается, лампы Н1-Н4 выключаются. Схема питается от электросети переменного тока 220V.
Никаких дополнительных источников питания не требуется. Операционный усилитель питается напряжением 24V от простейшего без-трансформаторного преобразователя напряжения. Он состоит из конденсатора С2, диодов VD2 и VD3, стабилитрона VD1 и конденсатора С1. В сущности, это выпрямитель — параметрический стабилизатор.
В котором в качестве опорного сопротивления используется реактивное сопротивление емкости конденсатора С2. Достоинство реактивного сопротивления от активного, в данной схеме, в том, что на реактивном не выделяется теплота.
Детали
Диоды VD4-VD7 в принципе, можно заменить одним более мощным диодом, но стоимость одного мощного диода существенно больше четырех 1N4007, да и в наличии не было. Налаживание сводится к следующему. Нужно определить пределы регулировки температуры, которые нужны в конкретном случае (чем уже диапазон, тем точнее).
| Toper (°С) | PART NUMBER NTCLE100E3123*** |
| RT, кОм | |
| -40 | 309.4 |
| -35 | 229.5 |
| -30 | 171.8 |
| -25 | 129.8 |
| -20 | 98.93 |
| -15 | 76.02 |
| -10 | 58.88 |
| -5 | 45.95 |
| 36.13 | |
| 5 | 28.61 |
| 10 | 22.80 |
| 15 | 18.30 |
| 20 | 14.77 |
| 25 | 12 00 |
| 30 | 9 804 |
| 35 | 8.054 |
| 40 | 6.652 |
| 45 | 5.522 |
| 50 | 4.607 |
| 55 | 3.862 |
| 60 | 3.252 |
| 65 | 2.751 |
| 70 | 2.337 |
| 75 | 1.993 |
| 80 | 1.707 |
| 85 | 1.467 |
| 90 | 1.266 |
| 95 | 1.096 |
| 100 | 0.9524 |
| 105 | 0.8302 |
| 110 | 0.7260 |
| 115 | 0.6369 |
| 120 | 0.5604 |
| 125 | 0.4945 |
| 130 | 0.4375 |
| 135 | 0.3882 |
| 140 | 0.3454 |
| 145 | 0.3080 |
| 150 | 0.2754 |
Затем, взяв сопротивления RT из таблицы наиболее близкого значения к необходимому, и приняв R1 12К, рассчитать напряжение на RT1 при температуре нижнего и верхнего предела диапазона.
Затем, путем расчета или опытным путем, измеряя напряжение на движке R4 найти сопротивления R3 и R3 такими, чтобы регулировка напряжения на инверсном входе А1 была в пределах диапазона напряжения на RT1.
Камяшкин К. Н. РК-05-18.
Загрузка...
