Integrierte Zeitschaltuhr im Temperaturregelkreis. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Leistungsregler, Thermometer, Wärmestabilisatoren

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Obwohl der integrierte Timer des Typs 555 hauptsächlich für Zeitschaltkreise gedacht ist, kann dieser IC auch in Kombination mit einem Thermistor mit negativem FTC verwendet werden, um einen wirtschaftlichen und ziemlich vielseitigen Festkörper-Thermostatschaltkreis zu schaffen.

Der interne Widerstandsteiler des Timers liefert Referenzspannungen (1/3 Vcc und 2/3 Vcc) für beide im Timer enthaltenen Komparatoren. Wenn die an den Schwelleneingang des Timers (Pin 6) angelegte externe Spannung 2/3 Vcc überschreitet, erscheint am Ausgang des entsprechenden Komparators ein Impuls, der das Flip-Flop umkehrt. In diesem Fall schaltet der Entladetransistor durch, wodurch am Ausgang der Verstärkerstufe ein Signal mit niedrigem Pegel erscheint.

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In den meisten Fällen (einschließlich der beschriebenen Schaltung) bewirkt das Auslösen des Entladetransistors des Timers, dass die Spannung am Schwelleneingang weniger als 2/3 Vcc wird. Wenn danach die Spannung am Eingang des Triggerimpulses (Pin 2) unter 1/3Vcc fällt, dann erzeugt der zweite Komparator einen Impuls, der den Trigger in seinen ursprünglichen Zustand zurückführt, der Bit-Transistor schaltet ab und die Spannung am Ausgang von die Verstärkungsstufe erreicht den gleichen hohen Pegel.

Durch diese Arbeitsweise der Zeitschaltung eignet sie sich für Temperaturregelungszwecke, insbesondere in elektronischen Thermostaten, bei denen die Temperatur unabhängig von der in gewissen Grenzen schwankenden Außentemperatur nahezu konstant bleiben muss. Wenn die Temperatur ansteigt, steigt die Spannung am Schwelleneingang (direkt proportional dazu), bis sie 2/3 Vcc erreicht. Dann ändert sich der Zustand der Endstufe des Timers, und dies dient als Signal zum Einschalten der Kühleinheit oder einfach zum Ausschalten der Heizung im Thermostat. Danach beginnt die Temperatur zu fallen, und wenn die Spannung am Eingang des Triggerimpulses 1/3 Vcc erreicht, kehrt die Ausgangsstufe in ihren ursprünglichen Zustand zurück, der als Signal zum Ausschalten oder Einschalten der Kühleinheit dient auf der Heizung.

In der in der Abbildung gezeigten Thermostatschaltung erzeugt ein Spannungsteiler, bestehend aus einem Thermistor und Widerständen, eine Spannung, die direkt proportional zur Temperatur ist. Wenn die Temperatur ansteigt (hoher Spannungspegel am Ausgang des Timers, der Entladetransistor wird ausgeschaltet), wird die Spannung am Schwellwerteingang durch den Teilungsfaktor R1 / (Rt + + R1 + R2) bestimmt und steigt mit abnehmendem Wert von Rt.

Wenn Rt gleich dem Thermistorwiderstand Rt am höchsten Punkt der zulässigen Temperaturdifferenz ist, sollte der Teilungsfaktor, der erfordert, dass die Schwelleneingangsspannung 2/3 Vcc beträgt, sein

Nachdem die Spannung am Schwelleneingang (am Eingang des ersten Komparators) den angegebenen Pegel erreicht hat, schaltet sich der Entladetransistor ein, was dem Einschalten von R3 parallel zu R1 + R2 entspricht.

Wenn die Temperatur sinkt, steigt Rt und die Versorgungsspannung wird nun zwischen Rt und [R3II(R1+R2)] aufgeteilt. Wenn Rt gleich dem Thermistorwiderstand Rtc am niedrigsten Punkt der zulässigen Temperaturdifferenz ist, sollte der Teiler 1/3 Vcc an den Triggereingang liefern. In diesem Fall sollte sein Teilungsfaktor sein

Somit variieren die Spannungspegel an den Ausgängen des Thermistor-Widerstands-Teilers auf unterschiedliche Weise, je nachdem, ob sich der Thermostat in dem Teil seines Betriebszyklus befindet, in dem die Temperatur steigt, oder in dem Teil, in dem sie sinkt. Dieser Unterschied muss deshalb eingeführt werden, weil sich der Thermistorwiderstand in Abhängigkeit von der Temperatur nach einem quasi-exponentiellen Gesetz ändert und sich selbst in einem engen Temperaturbereich zwei- bis dreimal ändern kann, d. h. der Thermistorwiderstand Rtc am unteren Punkt Temperaturbereich kann um ein Vielfaches größer sein als sein Widerstand Rтн bis zum oberen Punkt des Temperaturbereichs.

Wenn diese Schaltung einen Standard-Thermistor verwendet, für den die Temperaturabhängigkeit des Widerstands bekannt ist, ist die Berechnung der Schaltung recht einfach. Wenn Rts mindestens um das Zweifache größer als Rts ist, können Sie R2=Rts und K=Rts/Rts (K-konstanter Faktor) einstellen. Damit der Teiler das richtige Verhältnis zwischen den Widerständen aufrechterhält, ist dies erforderlich

Aber wenn Rts/Rtn<2, dann müssen wir R1=0 und R2=2RTn setzen, damit

Alle diese Formeln gehen davon aus, dass die Komparatoreingänge den Spannungsteiler nicht belasten.

Damit die Temperaturgrenzen, auf die der Thermostat eingestellt ist, genau genug eingehalten werden, ist es erforderlich, möglichst wenig elektrische Leistung im Thermistor abzuführen. Die Eigenerwärmung des Thermistors kann minimiert werden, indem der Timer-IC mit der niedrigsten zulässigen Versorgungsspannung von -5 V betrieben wird. Bei hohen oberen Steuertemperaturen, wenn der Thermistorwiderstand jedoch recht klein sein kann (mehrere hundert Ohm), ist diese Methode geeignet möglicherweise nicht die gewünschten Ergebnisse. Andererseits müssen bei sehr niedrigen Steuertemperaturen die zulässigen Teilerwiderstände entsprechend den Eingangswiderständen der Komparatoren gewählt werden.

Um Fehlalarme durch Störungen und Interferenzen zu vermeiden, ist es erforderlich, die Eingänge des Komparators mit Kapazitäten zu überbrücken. Dies ist besonders wichtig, wenn die Teilerwiderstände hoch sind, das System erhebliches Rauschen aufweist oder der Thermistor über lange Leiter mit der Schaltung verbunden ist.

Autor: De Cold; Veröffentlichung: N. Bolschakow, rf.atnn.ru

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