Radioelektronik Audio-HiFi-Video 6/2001

Zwyk³y tranzystor

bipolarny mo¿e

funkcjonowaæ jako

niekalibrowany czujnik

temperatury

w dok³adnym

termometrze

z wykorzystaniem

komputera osobistego

Z

asada dzia³ania uk³adu pomiarowe-

go jest przedstawiona na rys.1, a na

rys. 2 jest przedstawiony rzeczywisty

schemat uk³adu. Jest on zasilany

z wyjœcia portu szeregowego COM1 lub

COM2. B³¹d pomiaru temperatury, bez ¿adnej

regulacji, jest mniejszy ni¿ 0,5

o

C w zakresie

_50

÷

+50

o

C, a jedynym ograniczeniem roz-

dzielczoœci jest czas poœwiêcony na wykona-

nie pomiaru. Na przyk³ad, rozdzielczoœæ

0,1

o

C wymaga czasu pomiaru ok. 1 s.

Kluczem do uzyskania du¿ej dok³adnoœci ter-

mometru jest zastosowanie tranzystora bipo-

larnego T1 jako czujnika temperatury. Wyko-

rzystano proporcjonalnoϾ dynamicznej rezy-

stancji z³¹cza emiter-baza tranzystora do tem-

peratury w skali bezwzglêdnej. Metoda po-

miaru jest nazywana „delta U

BE

”. Na przy-

k³ad, w temperaturze 298 K wartoœæ liczbowa

„delta U

BE

” wynosi 56 mV na dekadê zmiany

pr¹du przewodzenia. Ta wartoœæ jest niezale¿-

na od rozrzutu parametrów w obrêbie jednego

typu tranzystorów, jak równie¿ jest jednakowa

TERMOMETR CYFROWY

W £¥CZU RS-232

nawet dla ró¿nych typów tranzystorów krzemo-

wych. Dziêki temu mo¿na budowaæ precyzyj-

ne termometry nie wymagaj¹ce ponownej ka-

libracji po wymianie czujnika.

Wzmacniacz operacyjny U1A tak steruje emi-

terem tranzystora T1, ¿e wymusza przep³yw

przez T1 pr¹du pochodz¹cego ze Ÿróde³ pr¹-

dowych utworzonych przez Ÿród³o napiêcia

ze stabilistorem D1 i rezystory R2 oraz R7. Cy-

kliczne prze³¹czanie S1 powoduje, ¿e na emi-

terze tranzystora T1 znajduj¹cego siê w œrodo-

wisku o temperaturze T

T1

powstaje fala prosto-

k¹tna o wartoœci miêdzyszczytowej:

(

)

861

2

7

7

1

,

µ

V In

R

R

R

T

T

⋅

+









 ⋅

r

Z PRAKTYKI

16

Zmienia siê ona od ok. 46 mV w temperaturze

_50

o

C do ok. 66 mV w temperaturze +50

o

C,

niezale¿nie od rodzaju zastosowanego tranzy-

stora. Dok³adnoœæ zale¿y g³ównie od toleran-

cji nominalnie 10-krotnego stosunku rezystan-

cji wymuszaj¹cych przep³yw pr¹du przez tran-

zystor T1, oznaczonych R2 i R7.

Przetwarzanie analogowo-cyfrowe tempe-

ratury nastêpuje w uk³adzie przetwarzaj¹-

cym napiêcie na stosunek dwóch czêstotliwo-

œci w sposób nastêpuj¹cy: wzmacniacz ró¿-

nicowy U1D porównuje falê prostok¹tn¹

z emitera T1 z sygna³em o kszta³cie fali pro-

stok¹tnej powstaj¹cym na rezystorze R15

w wyniku cyklicznego prze³¹czania kluczy

S1 i S2; szeregowo po³¹czone rezystory

Nr wyprowadzenia

Nazwa obwodu

Oznaczenie skrócone

Okreœlenie wg PN

1

CF

DCD

Poziom sygn³u odbieranego

2 BB RxD Dane

odbierane

3 BA

TxD Dane

nadawane

4 CD DTR GotowoϾ

DTE

5 AB SG Masa

sygna³owa

6 CC DSR GotowoϾ

DCE

7 CA

RTS ¯¹danie

nadawania

8

CB

CTS

GotowoϾ nadawania

9 CE RI WskaŸnik

wywo³ania

Wyprowadzenia interfejsu RS-232C (wersja 9-stykowa – z³¹cze szufladowe DB-9)

Rys. 1. Zasada dzia³ania termometru cyfrowego w ³¹czu RS-232C

17

R16 i R15 s¹ zasilane bezpoœrednio ze sta-

bilistora D1 (2,5 V

±

0,2%) lub przez rezystor

R8. Napiêcie progowe wystêpuj¹ce na R15

wynosi ok. 20 mV lub ok. 66 mV. Wzmocnie-

nie wzmacniacza ró¿nicowego z U1D wyno-

si 250 (R6/R5). Sygna³ wzmocniony jest

doprowadzany do synchronicznego prostow-

nika-klucza S3.

W wyniku prostowania nastêpuje w integrato-

rze ze wzmacniaczem operacyjnym U1B, ³a-

dowanie kondensatora ca³kuj¹cego C4. Sygna³

wyjœciowy integratora jest doprowadzany do

komparatora ze wzmacniaczem operacyjnym

U1C, który jest ostatnim cz³onem pêtli przetwa-

rzania napiêcia na czêstotliwoœæ.

Konwersja rozpoczyna siê z chwil¹ rozpo-

czêcia nadawania ³añcucha znaków, chr$(07)

przez interfejs RS-232C, który jest skonfigu-

rowany do pracy ze s³owami 5-bitowymi,

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 6/2001

z przep³ywnoœci¹ 9,6 kbit/s, z bitem stopu

i bez kontroli parzystoœci. Nadejœcie ka¿dego

znaku inicjuje sekwencjê dzia³añ, wœród

których jest do³¹czenie R7 przez klucz S1

do napiêcia 2,5 V i po³¹czenie prawej elektro-

dy kondensatora C3, przez klucz S3, do ma-

sy. Jednoczeœnie wzmacniacz operacyjny

U1C, pracuj¹cy jako komparator, porównuje

napiêcie wyjœciowe integratora z U1B z war-

toœci¹ progow¹ blisk¹ 1 V.

Je¿eli napiêcie wyjœciowe U1B jest bardziej do-

datnie ni¿ napiêcie progowe, napiêcie na wyj-

œciu U1C wzrasta i powoduje po³¹czenie pra-

wego wyprowadzenia rezystora R8 z mas¹.

W przypadku przeciwnym napiêcie na wyj-

œciu U1C pozostaje ujemne i rezystor R8 po-

zostaje w stanie po³¹czenia ze Ÿród³em napiê-

ciowym 2,5 V.

Je¿eli kondensator C3 jest na³adowany uje-

mnie, to echa znaku chr$(07) wracaj¹ do stro-

ny odbiorczej portu COM. Je¿eli zaœ C3 jest

na³adowany dodatnio, echa nie powstaj¹.

Tym sposobem, pêtla sprzê¿enia zwrotnego

ci¹gle steruje wzmacniaczem operacyjnym

U1B pracuj¹cym jako komparator i powoduje

powstanie sygna³u echa zawsze wtedy, gdy

sygna³ na C3 jest ujemny.

W rezultacie, ta czêœæ transmitowanych zna-

ków, która wraca jako echo do portu COM,

zmienia siê liniowo przy zmianach temperatu-

ry, od 0% przy _50

o

C do 100% przy +50

o

C.

W celu uzyskania mo¿liwoœci dokonywania

pomiarów z rozdzielczoœci¹ 0,1

o

C komputer

powinien transmitowaæ 1000 znaków.

Na rys. 3 przedstawiono p³ytkê drukowan¹ uk³a-

du, a na rys. 4 rozmieszczenie elementów.

(cr)

n

Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na p³ytce drukowanej

termometru cyfrowego w ³¹czu RS-232C

Rys. 3. P³ytka drukowana termometru cyfrowego w ³¹czu RS-232C (skala 1:1)

Rys. 2.

Schemat termometru

cyfrowego

w ³¹czu RS-232C

U2