Простий датчик температури на LM35

Почнемо з того, що мені якось знадобився для одного проєкту електронний термометр - ртутний здавався громіздким і незручним. З ходу придумалася схема, що використовує терморезистор (а то й просто резистор, а в одному випадку використовувалася взагалі галогенна лампочка), з підсилювачем, компаратором і ще рядом хитрощів, щоб підвищити точність. Отримувалася все більш і більш наворочена схема, яка, звичайно, після n-ного за рахунком зміни не запрацювала, і розбиратися бажання вже не було, та й китайський термометр з'явився в процесі, і розробка заглохла за непотрібністю.

Але однієї функції все-таки не вистачало. Термометр може бути корисним, коли потрібно не перегріти що-небудь (наприклад, воду в чайнику - для деяких цілей вона не повинна кипіти). Готового рішення немає, значить, треба щось зробити.

Але тільки навчившись гірким досвідом (з електронікою завжди не щастило, і досі мені завжди вдавалися тільки дуже прості конструкції), вирішив, що зроблю так, щоб було просто і надійно. І з неба впала мікросхема LM35! Завдяки цьому чуду задача спрощується до смішного.

Давайте покажу вам схему, яка порадує будь-якого новачка:

Виявилося, що до мікросхеми не потрібен навіть компаратор.

Пам'ятаю, коли сам читаєш чужу статтю, вічно хочеться запитати: а це навіщо? а це? Тепер сам спробую зробити так, щоб ніяких питань не виникало. Про все по порядку:

1. Мікросхема LM35 (в неї є кілька аналогів) спеціально створена для вимірювання температури. Все, що потрібно - це підключити 1 і 3 ніжку до плюса і мінуса живлення відповідно, і виміряти напругу на середньому виводі. Воно становить 10 мілівольт на кожен градус Цельсія температури корпусу мікросхеми (вона сама виглядає як транзистор, до речі). Значить, якщо там напруга 230мВ, то температура 23°С.

В даташиті про неї написано ще багато хорошого: і споживає вона 130мкА, і вихід у неї низькоомний, і точність в півградуса, і власний перегрів порядку 0,1°С... Загалом, круче не куди. Єдине - страждає вона від занадто високих температур - 150°С максимум.

2. Здавалося б, далі повинна йти мікросхема компаратора, яка порівняє це напруження з тим, яке ми виставимо, наприклад, потенціометром? Так, але можна обійтися і без компаратора. Напруга відкриття напівпровідникових приладів - 0,6В, треба це використовувати...

3. Ліземо в даташит на найдешевший транзистор - BC847 і бачимо, що в дуже вузькому діапазоні напруги база-еміттер колекторний струм сильно змінюється. В якості навантаження, яка і буде сигналізувати про відкриття транзистора, візьмемо п'єзоелемент - зуммер. Приємним сюрпризом виявляється те, що від батарейки 9В споживає близько 5мА, а при невеликому зниженні струму перестає звучати. Тобто включається досить різко.

4. Потрібно якось налаштовувати температуру спрацьовування. Поставимо змінний резистор, який буде ділити напругу. Рухомий контакт вгору (по схемі) - напруга передається безпосередньо, тобто спрацьовування буде трохи вище 60 градусів. Рухомий контакт вниз - коефіцієнт передачі 0,5, для спрацьовування при максимально допустимій температурі в 150 градусів. Постійний резистор на 10К потрібен якраз для того, щоб при повністю опущеному рухомому контакті спрацьовування все-таки відбувалося.

5. Збираємо на макетній платі - працює. Можна виміряти струм бази, необхідний для спрацьовування, виміряти робочий струм зуммера і виявити, що зробити його тихіше, включивши послідовно йому резистор, не вийде - він просто перестає звучати. Виникає інше питання: а що, якщо при коефіцієнті передачі, рівному 1, датчик нагріється до 150 градусів і видасть, відповідно, 1,5В прямо на базу транзистора? Виявилося, що нічого страшного в цьому немає - струм бази транзистора може з легкістю перевищувати 10мА, а LM35 видає струм короткого замикання в 2-3мА. Значить, навіть при самому лютої перегріві транзистору нічого не буде.

Значить, пора робити друковану плату. Файл формату Sprint-layout є в додатках. Ось так воно виглядає на етапі запайки smd-компонентів: (увага, SMD резистор на фото - 1кОм, під той підстроєчник, що був у мене. Якщо слідувати схемі, то маркування повинна бути 103, тобто 10кОм. В принципі, номінали можна змінювати в широких межах, чим менше опору - тим більше споживаний струм в "сплячому" режимі, але тим точніше температура спрацьовування до розрахункової

Верхні три отвори - під роз'єм підключення датчика. Три здорових - під змінний резистор. Ще дві - під живлення. А що за три залишилися, в ряд вишикувавшись? Я, чесно кажучи, не знаю, як це назвати. Це то чи аналоговий вихід, то чи налагоджувальний порт, обидва назви в такій схемі звучать однаково смішно. Але факт в тому, що сюди можна підпаяти роз'єм і дивитися напругу на виході і напругу на базі транзистора. Все-таки, втыкати дроти в роз'єм зручніше, ніж підпаюватися кожен раз, якщо щось знадобиться подивитися.

Ось такий резистор буде використовуватися. Зверніть увагу, що ніжки у нього трохи підточені і загнуті так, щоб проходити в потрібні отвори. Є, правда, проблема, що вони занадто короткі для таких викрутасів і не дістають до зворотної поверхні плати. Пришлося потім тонкою проволочкою наращувати.

Після запайки інших компонентів виглядає приблизно так:

Ось і все. Роз'єм для термометра такий, що в нього можна безпосередньо вставити 3 ноги мікросхеми (Vcc, тобто плюс живлення, тобто ліва нога, якщо дивитися на маркування, повинна бути зі сторони зумера), погріти її на свічці (обережно!), та подивитися, як змінюється вихідна напруга і в якому напрямку крутити резистор. Для цього другий роз'єм якраз і потрібен. Температура спрацьовування виходить трохи вище очікуваної через ненульовий струм бази транзистора, але це не страшно.

Для повного щастя датчик треба зробити вивідним. Припаюємо 3 проводи до датчика і штекер на інший кінець. Я ще залив ноги датчика термоклеєм і заганяв все в термоусадку. Вийшло ось так:

В такому вигляді його можна прямо занурювати у воду. Якщо змінний резистор виставити так, щоб зуммер спрацьовував при температурі 90°С, то можна більше ніколи не боятися сідати за комп'ютер, гріючи що-небудь на плиті. А якщо на 110, то він буде спрацьовувати на повне википання води.

Список радіоелементів