P O D Z E S P O Ł Y

15

Elektronika Praktyczna 9/97

Termostaty jednoukładowe

K³opoty

z†kontrolowaniem

tem-

peratury w†urz¹dzeniach elektro-
nicznych pojawi³y siÍ w†chwili,
kiedy zaczÍto powszechnie stoso-
waÊ elementy pÛ³przewodnikowe.
Pierwsze tranzystory i†diody wy-
konywane by³y z†bardzo czu³ego
termicznie germanu, lecz mimo
ci¹g³ego udoskonalania technolo-
gii i†wprowadzania coraz to no-
wych modyfikacji do stosowanych
materia³Ûw problemu nie uda³o
siÍ rozwi¹zaÊ do koÒca. Kaødy
konstruktor - elektronik spotka³
siÍ z†pewnoúci¹ z†ca³ym szere-
giem

problemÛw

zwi¹zanych

z†ne-

gatywnym wp³ywem zmian tem-
peratury na pracÍ tworzonych
urz¹dzeÒ. NiestabilnoúÊ punktÛw
pracy elementÛw aktywnych oraz
zmniejszaj¹ca siÍ wraz ze wzros-
tem temperatury odpornoúÊ na
uszkodzenia elementÛw pÛ³prze-
wodnikowych, stanowi ca³y czas
bardzo istotny problem do rozwi¹-
zania dla konstruktorÛw.

Opracowano oczywiúcie wiele

technik uk³adowych, minimalizu-
j¹cych wp³yw temperatury na pra-
cÍ uk³adÛw elektronicznych, nie
zawsze jednak zdaj¹ one w†pe³ni
egzamin. Konstruowanie radiato-
rÛw dla elementÛw, w†ktÛrych
wydziela siÍ duøa iloúÊ energii
jest osobn¹, bardzo obszern¹ dzie-
dzin¹ wiedzy, lecz czÍsto spoty-
kane s¹ sytuacje, kiedy takie
úrodki zabezpieczaj¹ce nie s¹ wy-
starczaj¹ce.

Z†najwiÍkszymi trudnoúciami

borykaj¹

siÍ

konstruktorzy

wzmac-

n i a c z y d u ø e j
mocy, zasilaczy oraz
przetwornic - s¹ to aplikacje
wymuszaj¹ce na elementach mocy
pracÍ w†skrajnych warunkach ter-
micznych, czÍsto na granicy ob-
szaru bezpiecznej pracy SOAR
(ang. Safe Operation ARea).

Wraz ze wzrostem wymagaÒ

stawianych konstrukcjom elektro-
nicznym niezbÍdne okaza³o siÍ
stosowanie wspomaganych uk³a-
dÛw ch³odz¹cych i†stabilizuj¹cych
temperaturÍ. Droøsze wersje
przedwzmacniaczy

audio

klasy

au-

diofilskiej (np. X-9908 firmy Lo-
ran) s¹ wyposaøone w†modu³y
termostatÛw

gwarantuj¹cych

utrzy-

manie

w†stabilnej

temperaturze

ok.

15

o

C†wszystkich elementÛw two-

rz¹cych pierwsze stopnie wzmoc-
nienia i†korekcji. Aby utrzymaÊ
temperaturÍ na ø¹danym pozio-
mie, w†komorze termicznej zasto-
sowano modu³ grzej¹co-ch³odz¹cy
(z p³ytk¹ Peltiera), sterowany cyf-
rowym regulatorem PID. W†ocenie
konstruktorÛw rozwi¹zanie to
ogranicza

poziom

szumÛw

i†znacz-

nie poprawia liniowoúÊ charakte-
rystyki przenoszenia. Zdanie
klientÛw jest chyba podobne, po-
niewaø wed³ug oficjalnych da-
nych Loran sprzedaje blisko 50
sztuk tych przedwzmacniaczy mie-
siÍcznie, a†warto zaznaczyÊ, øe
cena takiego urz¹dzenia przekra-
cza nieco 8000 funtÛw brytyjs-
kich.

Specjalizacja

produkowanych wspÛ³czeúnie

uk³adÛw scalonych zatacza

coraz szersze krÍgi. DziÍki

niej coraz wiÍksz¹ iloúÊ

problemÛw, czÍsto

spotykanych w†rÛønego

rodzaju urz¹dzeniach

elektronicznych, moøna

rozwi¹zaÊ przy pomocy

jednego uk³adu scalonego,

zastÍpuj¹cego z³oøone

funkcjonalnie modu³y,

wykonane w†technice

dyskretnej.

W†artykule prezentujemy

grupÍ specjalizowanych

uk³adÛw scalonych, ktÛre

stosunkowo niedawno

wprowadzono na rynek - s¹

to termostaty jednouk³adowe.

P O D Z E S P O Ł Y

Elektronika Praktyczna 9/97

16

Nieco mniej awangardowym

przyk³adem

zastosowania

uk³adÛw

termostatowych mog¹ byÊ po-
wszechnie stosowane ìinteligen-
tneî radiatory zintegrowane
z†wentylatorem, wykorzystywane
do ch³odzenia procesorÛw stoso-
wanych we wspÛ³czesnych kom-
puterach domowych. Ca³a ìinte-
ligencjaî tych radiatorÛw polega

na zastosowaniu wentylatora w³¹-
czanego elektronicznym termosta-
tem, ktÛry jest uruchamiany tylko
wtedy, gdy temperatura obudowy
zabezpieczanego elementu prze-
kroczy wartoúÊ dopuszczaln¹.

Podobne rozwi¹zania s¹ stoso-

wane w†zasilaczach wyøszej klasy
- dziÍki za³¹czaniu silnika wen-
tylatora tylko w†sytuacjach tego
wymagaj¹cych, ogranicza siÍ po-
bÛr energii przez ca³e urz¹dzenie,
zmniejszony jest takøe poziom
generowanego ha³asu.

Na pierwszy rzut oka zagadnie-

nie, ktÛrym siÍ tutaj zajmujemy,

wydaje siÍ nieco wyduma-
ne. CÛø to za problem
zbudowaÊ termostat progo-
wy? Wystarczy przecieø
wzmacniacz

operacyjny

lub

tani komparator, kilka ele-
mentÛw biernych, jakiú
czujnik temperatury i†po
problemie!

Rzeczywiúcie, zbudowa-

nie termostatu nie jest
obecnie zbyt k³opotliwe.
Szeroka gama doskona³ych
jakoúciowo, stosunkowo ta-
nich i†³atwych w†zdobyciu
czujnikÛw temperatury
oraz pozosta³ych elemen-
tÛw powoduje, øe nawet
ma³o wprawny konstruktor
moøe bez wiÍkszych trud-

noúci samodzielnie wykonaÊ ter-
mostat.

CÛø wiÍc wymusi³o na produ-

centach uk³adÛw scalonych uzu-
pe³nienie oferty produkcyjnej
o†scalone

termostaty?

Jest

to

z†jed-

nej strony odpowiedü na rosn¹ce
wymagania uøytkownikÛw - kon-
struktorÛw, ktÛrzy ucz¹ siÍ (i
chyba s³usznie) stosowania coraz

wiÍkszej liczby specjalizo-
wanych uk³adÛw scalo-
n y c h , p o z w a l a j ¹ c y c h
w†sposÛb optymalny roz-
wi¹zaÊ zadane problemy.
Z†drugiej strony, rozsze-
rzenie oferty produkcyjnej
zosta³o wymuszone realia-
mi rynku masowego -
znacznie ³atwiej
j e s t p r z e c i e ø
przejúÊ wszystkie
niezbÍdne etapy
budowania produ-
kowanego urz¹-
dzenia,

ktÛre

sk³a-

da siÍ z†jednego
uk³adu scalonego,

niø gdyby sk³ada³o siÍ
ono z†kilkunastu elemen-
tÛw. Znacznie prostsza
jest zarÛwno logistyka
produkcji, montaø urz¹-
dzenia, jego uruchamia-
nie i†testowanie.

W†chwili obecnej sca-

lone termostaty znajduj¹
siÍ w†ofercie produkcyj-
nej trzech licz¹cych siÍ
firm: Analog Devices,
Dallas Semiconductor
oraz National Semicon-
ductor. Kaøda z†firm op-
racowa³a w³asne rodziny

termostatÛw, rÛøni¹ce siÍ zasad¹
dokonywania pomiaru, sposobem
programowania nastaw temperatu-
ry, sposobem sterowania zewnÍt-
rznych uk³adÛw steruj¹cych, obu-
dowami, itd.

Ze wzglÍdu na duø¹ rÛønorod-

noúÊ dostÍpnych wersji termosta-
tÛw usystematyzowanie informacji
o†nich postanowiliúmy rozpocz¹Ê
od stworzenia najprostszego po-
dzia³u, opartego na sposobie ob-
rÛbki sygna³u z†czujnika tempera-
tury.

Termostaty analogowe

Niezaprzeczalnym liderem

w†tej grupie uk³adÛw s¹ opraco-
wania firmy Analog Devices. Fakt
ten jest doúÊ oczywisty, bior¹c
pod uwagÍ wieloletnie doúwiad-
czenia AD w†produkcji rÛønorod-
nych uk³adÛw analogowych.

Uk³ad TMP01 (rys.1) integruje

w†swojej strukturze pÛ³przewod-
nikowy czujnik temperatury, ürÛd-
³o napiÍcia referencyjnego, kom-
parator okienkowy i†modu³ gene-
ratora histerezy. Wyjúcia kompa-
ratora okienkowego buforowane s¹
przez dwa tranzystory bipolarne
z†otwartymi kolektorami. Wydaj-
noúÊ pr¹dowa tych tranzystorÛw
wynosi 20mA. Jedno z†wyjúÊ moø-
na wykorzystaÊ do za³¹czania
grza³ki po przekroczeniu progu
temperatury minimalnej (oznaczo-
ne UNDER), drugie umoøliwia
sterowanie prac¹ uk³adu ch³odz¹-

Rys. 1.

P O D Z E S P O Ł Y

17

Elektronika Praktyczna 9/97

cego, np. modu³u Peltiera. Jest
ono uaktywniane po przekrocze-
niu gÛrnego progu temperatury
(wyjúcie to nosi oznaczenie
OVER). Uk³ad TMP01 moøe byÊ
zasilany napiÍciem z†zakresu
4,5..13,2V. PobÛr pr¹du nie prze-
kracza 500

µ

A, przy zasilaniu na-

piÍciem 5V.

Temperatury progowe ustala

siÍ

przy

pomocy

rezystorÛw

R1..3.

Tak wiÍc programowanie zakre-
sÛw prze³¹czania polega na dob-
raniu ich wartoúci. NapiÍcie od-
niesienia, ktÛre zasila dzielnik
referencyjny, jest wysokostabilne
i†w†praktyce niezaleøne od czyn-
nikÛw zewnÍtrznych. Na wyjúciu
oznaczonym VPTAT pojawia siÍ
napiÍcie zaleøne od temperatury
o†wspÛ³czynniku zmiany 5mV/

o

C.

DziÍki wbudowaniu w†struktu-

rÍ uk³adu TMP01 generatora his-
terezy, unikniÍto niebezpieczeÒs-
twa powstania oscylacji na pro-
gach prze³¹czania. Na rys.2 przed-
stawiono prosty wykres obrazuj¹-
cy wp³yw histerezy na dzia³anie
sterowanych przez uk³ad TMP01
elementÛw. SzerokoúÊ histerezy,

podobnie jak progi prze-
³¹czania, moøna progra-
mowaÊ przy pomocy od-
powiednio dobranych re-
zystorÛw.

Nieco bardziej rozbu-

dowan¹ konstrukcj¹ jest
uk³ad TMP12 (rys.3).
Najwaøniejsz¹, z†punktu
widzenia uøytkownika,
rÛønic¹ pomiÍdzy uk³a-
dami TMP01 i†TMP12
j e s t w b u d o w a n i e

w†strukturÍ

tego

drugiego

rezysto-

ra

spe³niaj¹cego

rolÍ

grza³ki.

DziÍ-

ki zastosowaniu tego rezystora
moøliwe jest wykorzystanie uk³a-
du m.in. do pomiaru szybkoúci
przep³ywu powietrza (w konsek-
wencji jakoúci wywo³anego tym
przep³ywem ch³odzenia) w†obudo-

wie urz¹dzenia elektronicznego.
Inn¹ moøliwoúci¹ wykorzystania
tego rezystora jest przesuniÍcie

s k a l i p o m i a r u
w†wyniku

zadania

przy

jego

pomocy

wstÍpnej

tempera-

tury, ktÛra bÍdzie
traktowana jako
ì0î skali.

Uk³ady TMP01

i † T M P 1 2 m a j ¹
identyczny uk³ad
w y p r o w a d z e Ò ,
dziÍki czemu mo-
g¹ byÊ stosowane
zamiennie, bez ko-
niecznoúci mody-
fikowania p³ytki
drukowanej. Po-
dobne

s¹

takøe

ich

uk³ady

aplikacyjne

- przyk³ady poka-
zano na rys.4..6.

Uk³ad z†rys.4 spe³nia rolÍ kon-

wertera temperatura - czÍstotli-
woúÊ.

W†tej

aplikacji

uk³ad

TMP01

wykorzystany

jest

tylko

jako

zwyk-

³y czujnik temperatury. Elementy
tworz¹ce termostat nie s¹ tutaj
wykorzystane.

Aplikacja przedstawiona na

rys.5

przedstawia

sposÛb

sterowa-

nia przez uk³ad TMP01 obci¹øe-
niami o†duøej mocy. DziÍki zasto-
sowaniu jako bufora napiÍciowo-
pr¹dowego optoizolowanego triaka
moøliwe jest odizolowanie galwa-
niczne czÍúci pomiarowej od ob-
ci¹øenia. Poniewaø termostat po-
biera bardzo niewielk¹ moc moø-
liwe jest zasilanie czÍúci pomia-
rowej chociaøby z†baterii. Jej øy-
wotnoúÊ jest ograniczona w†prak-
tyce tylko przez pr¹d pobierany

przez diodÍ úwiec¹c¹ optot-

riaka. Moc sterowanego ob-
ci¹øenia w†uk³adzie z†rys.5
jest ograniczona tylko przez
maksymalny pr¹d przewo-

dzenia triaka sterowanego
przez MOC3011.

Rys.6 przedstawia sposÛb ste-

rowania przez uk³ad TMP01 prze-
kaünikÛw, ktÛre za³¹czaj¹ bezpo-
úrednio obci¹øenia duøej mocy.
W†przypadku, gdy cewka przekaü-
nika nie wymaga sterowania pr¹-
dem o†natÍøeniu wiÍkszym niø
20mA moøliwe jest jej bezpoúred-
nie zasilanie z†wyjúcia uk³adu.
W†przypadku, gdy pobÛr pr¹du
jest wiÍkszy niø 20mA naleøy
zastosowaÊ uk³ad buforuj¹cy.
W†aplikacjach wymagaj¹cych pre-
cyzyjnego pomiaru temperatury
producent zaleca stosowanie ze-
wnÍtrznych buforÛw pr¹dowych,
poniewaø obci¹øanie znacznymi
pr¹dami tranzystorÛw wyjúcio-
wych uk³adu wywo³uje zjawisko
samopodgrzewania struktury, ktÛ-
re jest wynikiem strat mocy
w†tych tranzystorach.

Ostatnim uk³adem - termosta-

tem z†oferty Analog Devices jest

Rys. 2.

Rys. 3.

Rys. 4.

P O D Z E S P O Ł Y

Elektronika Praktyczna 9/97

18

AD22105. Jego budowÍ wewnÍt-
rzn¹ przedstawiono na rys.7. Jest
on znacznie prostszy i†³atwiejszy
w†stosowaniu od dwÛch juø opi-
sanych uk³adÛw, nie oznacza to
jednak, øe jest on mniej funkcjo-
nalny. Dok³adnoúÊ pomiaru tem-
peratury przez AD22105 wynosi
ok. 2,0

o

C, a†wewnÍtrzna (zadana

przez producenta) histereza 4

o

C.

PrÛg prze³¹czania zadawany jest
przy pomocy jednego tylko ze-
wnÍtrznego rezystora, ktÛry jest
w³¹czony pomiÍdzy wyprowadze-
nie RSET i†masÍ zasilania. Do-
puszczalny zakres napiÍcia zasi-
laj¹cego wynosi 2,7..7V, a†moc
rozpraszana

w†strukturze

nie

prze-

kracza 230

µ

W (przy 3,3V).

Uk³ad AD22105

opracowano przede
wszystkim z†myúl¹
o†stosowaniu w†urz¹-
dzeniach zasilanych
niskim napiÍciem
(bateryjnie). Rezystor
200k

Ω

wbudowany

w†strukturÍ uk³adu
moøna wykorzystaÊ
jako element ìpod-
ci¹gaj¹cyî napiÍcie
na kolektorze tran-
zystora wyjúciowego.
Maksymalny pr¹d ko-
lektora tego tranzys-
tora wynosi 10mA,
lecz

zalecane

jest

sto-

sowanie zewnÍtrzne-

1

0

P

M

T

2

1

P

M

T

5

0

1

2

2

D

A

5

7

M

L

0

2

6

1

S

D

R

0

2

6

1

S

D

1

2

6

1

S

D

3

2

6

1

S

D

5

2

6

1

S

D

0

2

7

1

S

D

1

2

8

1

S

D

h

c

y

n

o

z

r

e

i

m

s

e

r

k

a

Z

[

r

u

t

a

r

e

p

m

e

t

o

]

C

5

2

1

+

..

5

5

-

0

0

1

+

..

0

4

-

0

5

1

+

..

0

4

-

5

2

1

+

..

5

5

-

5

2

1

+

..

5

5

-

5

2

1

+

..

5

5

-

5

2

1

+

..

5

5

-

5

2

1

+

..

5

5

-

5

2

1

+

..

5

5

-

5

2

1

+

..

5

5

-

5

2

1

+

..

5

5

-

u

r

a

i

m

o

p

d

¹

³

b

y

w

o

p

y

T

[

o

]

C

1

±

3

±

2

2

±

5

,

1

±

5

,

1

±

3

+

..

1

-

3

+

..

1

-

2

±

2

±

2

±

]

V

[

a

i

n

a

li

s

a

z

e

i

c

ê

i

p

a

N

2

,

3

1

..

5

,

4

5

,

5

..

5

,

4

0

,

7

..

7

,

2

5

,

5

..

0

,

3

5

,

5

..

5

,

4

5

,

5

..

5

,

4

5

,

5

..

7

,

2

5

,

5

..

7

,

2

5

,

5

..

5

,

4

5

,

5

..

7

,

2

5

,

5

..

3

,

4

)

y

n

w

y

t

k

a

(

u

d

¹

r

p

r

ó

b

o

P

0

0

8

..

0

0

5

µ

A

0

0

6

µ

A

0

2

1

µ

A

0

5

2

µ

A

A

m

1

A

m

1

A

m

1

A

m

1

A

m

1

A

m

1

A

m

1

a

i

c

œ

j

y

W

e

w

o

g

o

la

n

a

+

2

2

1

m

y

n

la

n

o

jc

p

o

z

(

)

m

e

p

u

ll

u

p

1

-l

a

w

o

r

u

g

if

n

o

k

(

)

e

n

3

3

1

3

1

3

-

a

r

g

o

r

p

(

1

a

n

a

w

o

m

)

aj

c

a

z

y

r

al

o

p

æ

œ

o

z

c

l

e

iz

d

z

o

R

]

y

ti

b

[

a

k

i

n

r

o

w

t

e

z

r

p

-

-

-

9

9

9

9

9

9

9

8

).

x

a

m

(

ij

s

r

e

w

n

o

k

s

a

z

C

-

-

-

s

m

0

0

1

s

m

0

0

2

s

m

0

0

2

s

1

s

1

s

1

s

1

s

1

u

s

j

e

fr

e

t

n

i

j

a

z

d

o

R

-

-

-

C

2

I

y

w

o

i

n

il

-

3

y

w

o

i

n

il

-

3

C

2

I

y

w

o

i

n

il

-

3

C

2

I

y

w

o

i

n

il

-

3

y

w

o

i

n

il

-

1

h

c

u

o

T

(

)

y

r

o

m

e

M

e

n

n

I

i

i

g

o

r

P

a

z

e

r

e

t

si

h

y

z

r

p

a

n

ai

w

a

t

s

u

h

c

e

z

rt

y

c

o

m

o

p

.

w

ó

r

o

t

s

y

z

e

r

z

y

n

li

b

y

t

a

p

m

o

K

.

2

1

P

M

T

i

i

g

o

r

P

a

z

e

r

e

t

si

h

y

z

r

p

a

n

ai

w

a

t

s

u

h

c

e

z

rt

y

c

o

m

o

p

.

w

ó

r

o

t

s

y

z

e

r

y

n

a

w

o

d

u

b

W

0

0

1

r

o

t

s

y

z

e

r

Ω

,

y

c

¹j

ai

n

³e

p

s

.

a

ki

n

je

z

r

g

êl

o

r

z

y

n

li

b

y

t

a

p

m

o

K

.

1

0

P

M

T

g

ó

r

P

ai

n

a³

ai

z

d

a

z

t

s

ej

y

n

al

a

t

s

u

m

y

n

d

ej

.

m

e

r

o

t

s

y

z

e

r

a

m

a

z

e

r

e

t

si

H

æ

œ

o

tr

a

w

¹³

a

t

s

4

o

.

C

e

¿

o

M

o

k

aj

æ

a

w

o

c

a

r

p

y

w

o

d

r

a

d

n

a

t

s

-

r

o

t

a

r

a

p

m

o

k

b

u

l

t

a

t

s

o

m

r

e

t

d

a³

k

u

o

k

aj

il

o

rt

n

o

k

ai

n

e

z

c

o

r

k

e

z

r

p

w

y

r

u

t

a

r

e

p

m

e

t

ei

m

e

t

s

y

s

µ

.P

w

y

n

p

ê

t

s

o

D

h

c

ó

w

d

h

c

aj

s

r

e

w

-

h

c

y

w

o

ic

êi

p

a

n

.

V

5

b

u

l

V

3

,

3

ei

k

t

s

y

z

s

W

y

rt

s

ej

e

r

¹

s

e

n

la

w

y

si

p

a

z

.

M

O

R

P

E

E

u

p

y

t

æ

œ

o

w

il

¿

o

M

o

g

e

n

¿

el

a

z

ei

n

ai

n

ei

w

a

t

s

u

,

h

T

ic

œ

o

tr

a

w

.l

T

ei

k

t

s

y

z

s

W

y

rt

s

ej

e

r

¹

s

e

n

la

w

y

si

p

a

z

.

M

O

R

P

E

E

u

p

y

t

æ

œ

o

w

il

¿

o

M

o

g

e

n

¿

el

a

z

ei

n

ai

n

ei

w

a

t

s

u

,

h

T

ic

œ

o

tr

a

w

y

n

a

w

o

d

u

b

W

.l

T

r

o

t

s

y

z

e

r

y

c

¹j

ai

n

³e

p

s

.

a

ki

n

je

z

r

g

êl

o

r

o

w

o

m

a

r

g

o

r

P

z

y

n

li

b

y

t

a

p

m

o

k

.

0

2

6

1

S

D

ei

k

t

s

y

z

s

W

y

rt

s

ej

e

r

¹

s

e

n

la

w

y

si

p

a

z

.

M

O

R

P

E

E

u

p

y

t

æ

œ

o

w

il

¿

o

M

o

g

e

n

¿

el

a

z

ei

n

ai

n

ei

w

a

t

s

u

,

h

T

ic

œ

o

tr

a

w

.l

T

ei

k

t

s

y

z

s

W

y

rt

s

ej

e

r

¹

s

e

n

la

w

y

si

p

a

z

.

M

O

R

P

E

E

u

p

y

t

æ

œ

o

w

il

¿

o

M

o

g

e

n

¿

el

a

z

ei

n

ai

n

ei

w

a

t

s

u

,

h

T

ic

œ

o

tr

a

w

ej

ei

n

t

s

I.

l

T

æ

œ

o

w

il

¿

o

m

a

g

e

n

z

c

y

t

e

m

t

y

r

o

ai

n

e

z

s

k

êi

w

o

p

ic

œ

o

n

d

a³

k

o

d

u

r

ai

m

o

p

.y

r

u

t

a

r

e

p

m

e

t

o

w

o

m

a

r

g

o

r

P

z

y

n

li

b

y

t

a

p

m

o

k

.

0

2

6

1

S

D

ei

k

t

s

y

z

s

W

y

rt

s

ej

e

r

¹

s

e

n

la

w

y

si

p

a

z

.

M

O

R

P

E

E

u

p

y

t

æ

œ

o

w

il

¿

o

M

o

g

e

n

¿

el

a

z

ei

n

ai

n

ei

w

a

t

s

u

,

h

T

ic

œ

o

tr

a

w

ej

ei

n

t

s

I

.l

T

æ

œ

o

w

il

¿

o

m

o

g

e

n

z

c

y

t

e

m

t

y

r

a

ai

n

e

z

s

k

êi

w

o

p

ic

œ

o

n

d

a³

k

o

d

u

r

ai

m

o

p

.y

r

u

t

a

r

e

p

m

e

t

ei

k

t

s

y

z

s

W

y

rt

s

ej

e

r

¹

s

e

n

la

w

y

si

p

a

z

.

M

O

R

P

E

E

u

p

y

t

æ

œ

o

w

il

¿

o

M

o

g

e

n

¿

el

a

z

ei

n

ai

n

ei

w

a

t

s

u

,

h

T

ic

œ

o

tr

a

w

ej

ei

n

t

s

I

.l

T

æ

œ

o

w

il

¿

o

m

o

g

e

n

z

c

y

t

e

m

t

y

r

a

ai

n

e

z

s

k

êi

w

o

p

ic

œ

o

n

d

a³

k

o

d

u

r

ai

m

o

p

.y

r

u

t

a

r

e

p

m

e

t

o

w

o

m

a

r

g

o

r

P

z

y

n

li

b

y

t

a

p

m

o

k

.

0

2

6

1

S

D

d

a³

k

U

y

c

¹j

ai

n

³e

p

s

u

t

a

t

s

o

m

r

e

t

êl

o

r

m

ei

c

œj

y

w

z

y

w

a

t

s

a

N

.y

c

o

m

¹

s

e

n

a

w

y

si

p

a

z

ic

êi

m

a

p

w

,

M

O

R

P

E

E

z

e

z

r

p

o

p

-

1

sj

e

fr

e

t

n

i

.y

w

o

i

n

il

a

w

o

d

u

b

O

,

8

C

I

O

S

,

8

P

I

D

9

9

O

T

8

C

I

O

S

,

8

P

I

D

8

C

I

O

S

,

8

C

I

O

S

8

C

I

O

S

i

n

i

M

8

C

I

O

S

,

8

P

I

D

.

d

.

b

8

C

I

O

S

,

8

P

I

D

8

C

I

O

S

,

8

P

I

D

8

C

I

O

S

,

8

P

I

D

8

C

I

O

S

-

O

T

,

5

3

-

R

P

8

C

I

O

S

,

0

2

2

Tab.1. Skrócone zestawienie podstawowych parametrów i możliwości termostatów scalonych.

go drivera steruj¹cego przekaü-
nikiem lub silnikiem wentylatora.

Termostaty cyfrowe

Drug¹ grup¹ uk³adÛw termosta-

towych s¹ struktury umownie na-
zwane ìcyfrowymiî. UmownoúÊ
tego

okreúlenia

wynika

z†faktu,

øe

pomiar temperatury odbywa siÍ
nadal w†sposÛb analogowy, ale
juø wynik pomiaru jest przetwa-
rzany do postaci cyfrowej i†tak
obrabiany przez pozosta³e modu³y
uk³adu.

Rys. 5.

P O D Z E S P O Ł Y

19

Elektronika Praktyczna 9/97

Termostaty cyfrowe s¹ ofero-

wane przez dwie firmy - Dallas
Semiconductor i†National Semi-
conductor. Rozpoczniemy od
prezentacji uk³adu LM75, ktÛry
jest najnowszym opracowaniem
NS.

StrukturÍ wewnÍtrzn¹ tego

uk³adu przedstawiono na rys.8.
Jak widaÊ jest ona bardzo z³oøona,
lecz ca³oúÊ mieúci siÍ w†miniatu-
rowej obudowie SOP8. Tempera-
tura obudowy mierzona jest z†roz-
dzielczoúci¹ 9†bitÛw, a†gwaranto-
wana dok³adnoúÊ wynosi ok. ±3

o

C.

Czas konwersji nie przekracza
100ms.

DziÍki wyposaøeniu uk³adu

LM75

w†interfejs

szeregowy

zgod-

ny ze standardem I2C oraz trzy
bity adresowe ustawiane sprzÍto-
wo moøliwe jest jednoczesne ste-
rowanie do 8†takich uk³adÛw do-
³¹czonych rÛwnolegle do mikro-
kontrolera steruj¹cego. Poprzez in-
terfejs szeregowy moøna odczytaÊ
wynik ostatniego pomiaru tempe-
ratury, zawartoúÊ wewnÍtrznych
rejestrÛw konfiguracyjnych, moø-

liwa jest takøe konfiguracja trybu
pracy uk³adu.

Tranzystor wyjúciowy uk³adu

LM75 moøe spe³niaÊ rolÍ bufora
steruj¹cego zewnÍtrznym obci¹øe-
niem, moøliwe jest takøe skonfi-
gurowanie tego wyjúcia jako ge-
neratora przerwaÒ systemowych.

Wszystkie rejestry s¹ wykonane
jako komÛrki SRAM bez moøli-
woúci podtrzymania zawartoúci po
wy³¹czeniu zasilania. DziÍki wbu-
dowanemu we wnÍtrze uk³adu
autozerowania

od

razu

po

w³¹cze-

niu zasilania uk³ad jest konfigu-
rowany zawsze w†ten sam sposÛb.
W†wiÍkszoúci aplikacji wymagane
bÍdzie jednak kaødorazowe kon-
figurowanie wstÍpne uk³adu przez
procesor systemowy.

Bardzo ciekaw¹ rodzinÍ scalo-

nych termostatÛw opracowali kon-
struktorzy firmy Dallas Semicon-
ductor. Uk³ad DS1620 (rys.9) jest

Rys. 6.

Rys. 7.

juø znany Czytelnikom EP - za-
rÛwno same uk³ady, jak i†progra-
mator do nich opisaliúmy w†mar-
cowym i†kwietniowym numerze
EP. Z†punktu widzenia uøytkow-
nika uk³ad DS1620 jest komplet-
nym termostatem z†trzema nieza-
leønymi wyjúciami, ktÛre sygnali-
zuj¹ temperaturÍ zbyt nisk¹ i†zbyt
wysok¹, a†trzecie wyjúcie spe³nia
rolÍ sygnalizatora temperatury po-
prawnej (czyli znajduj¹cej siÍ po-
miÍdzy zadanymi programi).
Uk³ad jest wyposaøony w†trÛj-
przewodowy interfejs szeregowy,
ktÛry umoøliwia zarÛwno odczyt
jak i†programowanie zawartoúci
wszystkich rejestrÛw. Niezaleønie
ustalane s¹: gÛrny i†dolny prÛg
porÛwnania oraz zwartoúÊ rejestru
trybu pracy. Wszystkie rejestry

zapisywalne s¹ wykonane jako
komÛrki pamiÍci EEPROM, tak
wiÍc wy³¹czenie zasilania nie po-
woduje koniecznoúci ponownej
konfiguracji uk³adu, a†w†razie ko-
niecznoúci moøliwa jest zmiana
zawartoúci rejestrÛw. Rozdziel-
czoúÊ przetwornika A/C wynosi
9†bitÛw, co zapewnia rozdziel-
czoúÊ pomiaru 0,5

o

C. Najstarszy

bit okreúla znak wyniku okreúla-
j¹cego temperaturÍ. Wynik prze-
twarzania porÛwnywany jest przez
komparator cyfrowy z†danymi re-
ferencyjnymi zapisanymi w†ko-
mÛrkach EEPROM.

Bardzo podobn¹ do DS1620

konstrukcjÍ wewnÍtrzn¹ maj¹
uk³ady DS1621 i†DS1625. Z†ze-
wn¹trz (elektrycznie) rÛøni¹ siÍ
one doúÊ istotnie, poniewaø s¹
wyposaøone w†dwuprzewodowy

Rys. 8.

P O D Z E S P O Ł Y

Elektronika Praktyczna 9/97

20

interfejs I2C i†posiadaj¹ tylko je-
dno wyjúcie z†programowan¹ his-
terez¹. DziÍki zastosowaniu trzech
pinÛw adresowych moøliwe jest
do³¹czenie do systemu jednoczeú-
nie do 8†takich uk³adÛw.

Najnowszym opracowaniem fir-

my Dallas jest uk³ad oznaczony
DS1720, ktÛry jest funkcjonalnym
odpowiednikiem DS1620, przysto-
sowanym do pracy w†szerszym
zakresie napiÍÊ zasilaj¹cych i†wy-
posaøonym w†udokumentowane
funkcje, pozwalaj¹ce zwiÍkszyÊ
dok³adnoúÊ

pomiaru

(co

jest

stan-

dardowo dostÍpne w†pozosta³ych
uk³adach tej rodziny).

Uk³ady DS1620, 1621, 1625

oraz DS1720 opracowano z†myúl¹
o†zastosowaniu ich jako sterowni-
kÛw termostatycznych ma³ej mo-
cy. Mog¹ one pracowaÊ w†trybie
wyzwalanym lub w†pe³ni autono-
micznie, dziÍki czemu s¹ one
³atwiejsze w†stosowaniu od uk³a-
dÛw analogowych (nie wymagaj¹
øadnych elementÛw zewnÍtrznych,
z†wyj¹tkiem buforÛw wyjúcio-
wych).

Nieco inn¹ filozofiÍ przyjÍto

podczas konstruowania termo-
statÛw DS1821. S¹ to uk³ady
montowane w†trÛjkoÒcÛwkowych
obudowach TO-92S (PR-35) lub
TO-220, oraz w†obudowie SOP8.
Wszystkie te uk³ady programo-
wane s¹ przez jednoprzewodo-
wy interfejs, bardzo zbliøony do
interfejsu stosowanego w†uk³a-

Rys. 9.

dach Touch Memory (ìpastylkiî
stosowane m.in. w†immobilize-
rach). Jedno z†wyprowadzeÒ
uk³adu spe³nia potrÛjn¹ rolÍ -
jest wejúciem/wyjúciem cyfro-
wym lub wyjúciem termostatu,
ktÛre moøe bezpoúrednio stero-
waÊ obci¹øeniem duøej mocy.
Pozosta³e wyprowadzenia s³uø¹
do przy³¹czenia napiÍcia zasila-
j¹cego 5V, ktÛre jest niezbÍdne
do poprawnej pracy uk³adu
w†trybie termostatowym. W†od-
rÛønieniu od poprzednio opisa-
nych uk³adÛw DS1821 mierzy
temperaturÍ z†rozdzielczoúci¹
8†bitÛw, co zapewnia dok³ad-
noúÊ 1

o

C†w†zakresie -55..+125

o

C.

Czas konwersji wynosi 1†sekun-
dÍ.

SzczegÛ³owy opis uk³adÛw

DS1821

oraz

opis

konstrukcji

pro-

gramatora dla nich przedstawimy
w†jednym z†najbliøszych nume-
rÛw EP.
Piotr Zbysiński, AVT

Autor dziÍkuje firmie Alfine za

pomoc w†zdobyciu materia³Ûw.

Dodatkowe informacje na te-

mat uk³adÛw opisanych w†arty-
kule moøna zdobyÊ poprzez Inter-
net, pod nastÍpuj¹cymi adresami:

www.analog.com,

www.dalsemi.com,
www.natsemi.com.