Image202 (2)

pokazał 2l,5°C, temperaturę w kelwinach obliczamy:

21,5 + 273,2 = 294,7K.

Po pomnożeniu przez lOmY/K:

294,7 * 10 = 2947mV = 2,947V

Mając jedynie popularny multimetr 3,5-cyfrowy, ustawimy 2,95V.

Odczyt temperatury w kelwinach jest nieco dziwny - warto zapamiętać, iż + 10°C to 283K, a 20°C to 293K.

Dobór elementów regulatora

Dobór wartości elementów regulatora z rysunku 4 zaczynamy nietypowo od znalezienia odpowiedniego potencjometru PI. Zawodowy konstruktor przejrzałby katalogi i zamówił potencjometry o pożądanych parametrach. W praktyce hobbystycznej należy raczej przejrzeć zawartość szuflad i szafek w poszukiwaniu potencjometru o sensownej jakości i możliwie małej rezystancji. Rzecz w tym, że jeśli zakres regulacji ma wynosić 10°C (+12... +22°C), to na potencjometrze musi występować napięcie równe 100mV. Aby wpływ ewentualnych zewnętrznych zakłóceń i upływności nie był znaczący, prąd potencjometru nie powinien być zbyt mały. Przykładowo przy wartości Pl = 10kn i napięciu na PI 100mV, prąd wyniósłby tylko lOuA. Dobrze byłoby pracować z większym prądem nie tylko z uwagi na zmniejszenie odporności na zakłócenia, ale także z uwagi na prąd wejściowy, w^rpływający do końcówki REF kostki TL431, wynoszący typowo 2uA, maksymalnie 4uA.

Z powodui braku skali i ewentualnego odczytu temperatur za pomocą miernika, bardzo dobrym rozwiązaniem byłoby też zastosowanie potencjometru wieloobrotowego. Wtedy można śmiało rozszerzyć zakres regulacji, nawet od 0°C do +30^l’C czy nawet szerzej. Rolę potencjometru wieloobrotowego może też od biedy pełnić helitrim. Wtedy nastawianie będzie wymagało użycia małego wkrętaka, ale do opisanego zastosowania może to być w pełni akceptowalne rozwiązanie. Nie trzeba też będzie dokładnie dobierać współpracujących rezystorów.

Ja znalazłem w starych zapasach kilka potencjometrów nadających się do takiego regulatora - patrz fotografia 8. Ostatecznie wybrałem helitrim lk£2 i zdecydowałem wstępnie, że zakres regulacji powinien wynosić około -3°C... +27°C, co odpowiada napięciu w zakresie 2,70V...3,0OV. Czyli na potencjometrze IkO wystąpi napięcie około 0,3 V, co daje prąd w obwodzie regulacji 0,3mA. Obwód regulacji będzie więc wyglądać jak na rysunku 9. Na rezystorze R2 ma wystąpić napięcie około 0,205V, dlatego powinien on mieć wartość:

0,205V ( 0,3mA = 0,683kf2

Oczywiście zastosujemy metalizowany rezystor 68012 5% albo lepiej precyzyjny 6810 1%. Jeśli napięcie na R3 ma wynosić 2,495V, musi on mieć wartość:

2,495V / 0,3mA = 8,3167kO

Ten rezystor powinien być stabilny, metalizowany. Znalezienie półprocentowego rezystora 8,35kO z szeregu E192 może być kłopotliwe. Zastosujemy 1-procentowy 3,25kO albo nawet ostatecznie 8,2kO 5%. Moglibyśmy też do rezystora 8,25kO 1% dodać w szereg 680 5%, co jednak wydaje się przesadą. Z powodzeniem wystarczy w roli R3 opornik 8,25kO 1%.

Rezystor R1 dobierzemy na podstawie rysunku 10.

Zakładamy, że napięcie zasilania może spaść do 11V, więc na rezystorze R1 napięcie może wynosić tylko 8V. Prąd płynący przez R1 nie powinien być w żadnym przypadku mniejszy niż 0,75mA, więc zastosujemy Rl o wartości nieco mniejszej niż:

8V / 0,75mA = IO,66kO na przykład lOkO, 9,lkO albo 8,2kO. Nie musi to być rezystor precyzyjny, ale oczywiście możemy zastoso wać 8,25kO 1% taki jak R3.

Jeśli chodzi o układ scalony TL431, to w typowych zastosowaniach prąd pracy powinien być większy niż ImA. Jednak w tym przypadku kostka pracuje jak tranzystor, który jest albo zatkany, albo nasycony. Nie musimy wprawdzie trzymać się tej reguły, ale możemy przyjąć, że w stanie ,.nasycenia"’ prąd ma wynosić około ImA lub nawet trochę mniej.

Od razu widać (zgodnie z rysunkiem 1U|, że R4 też może mieć wartość 9,lkl2, 8,2kl2 czy 8,25kil 1%.

Rezystor R5 określa wielkość histe-rezy, która nie powinna przekraczać ,    1°C. Gdy temperatura jest wyższa od

Ł progowej, U2 przewodzi i przez R5 pły-Y nie prąd około ImA. Natomiast gdy W temperatura spadnie, U2 zostaje wyłączony, włącza się MOSFET Tl i przez

przekaźnik płynie prąd o wartości wyznaczo nej przez rezystancję cewki przekaźnika. Zawodowy konstruktor znów sięgnąłby do ka talogu, zamówił odpowiedni przekaźnik i odczytałby stamtąd wartość rezystancji nominalnej cewki. Hobbysta najpierw znajdzie w swoich zapasach przekaźnik na 12V o odpowiednim prądzie styków, a potem albo odszuka w katalogu, albo raczej zmierzy rezystan cję cewki omomierzem. Ja wykorzystałem przekaźnik krajowego Relpolu RM83P, który według katalogu powinien mieć w temperaturze pokojowej 260Q ±10% (zmierzona omomierzem rezystancja cewki posiadanego egzempla rza wynosiła 25612).

W obwodzie wyjściowym sytuacja będzie wyglądać jak na rysunku 11. Rozważałem też zastosowanie obwodu zmniejszającego pobór prądu po zadziałaniu przekaźnika, jak na rysunku 12. Ostatecznie jednak zrezygnowałem z tego pomysłu.

W układzie z rysunku 11 możemy spokojnie pominąć spadek napięcia na rezystancji R5, a także znikomy spadek napięcia na tranzystorze Tl, ponieważ będą wielokrotnie mniejsze niż napięcie na

cewce przekaźnika. Frąd w obwodzie będzie więc wyznaczony przez rezystancję przekaźnika i praktycznie równy: 13,6V / 26012 = 52mA Do dalszych obliczeń możemy przyjąć przybliżoną wartość 50mA. Prąd ten powinien wywołać na R5 spadek napięcia rzędu 5... 1 Om V, co pozwala dobrać wartość R5: 5mV / 50mA ~ 0,1 £2 lOmY / 50mA = 0,212

Przyjęliśmy wielkość histcrczy 5...10mV jako odpowiadającej temperaturze 0,5... 1°C. Ściślej biorąc, należałoby tu uwzględnić współczynnik podziału dzielnika P1.R3 i R3, ale kilkunastoproccntowa różnica w wielkości histerezy nie ma znaczenia. Tym bardziej że przy rezystorach o tak małej wartości, poniżej 1 oma, i tak mamy bardzo małe możliwości wyboru, a mianowicie rezystory 0,112 i 0,20, ewentualnie 0,2212, co 0,1512 są znacznie mniej popularne.

Teraz możemy już narysować pełny schemat regulatora - rysunek 13. Dodałem „standardowy” kondensator Cl filtrujący zasilanie oraz kondensator C2 - foliowy o pojemności! 1 uF. który stłumi ewentualne zakłócenia indu-: kowane w przewodach.

Przełącznik SI musi być niestabilny, to znaczy po naciśnięciu i pomiarze temperatury i

Grudzień2006 Elektronika dla Wszystkich