Терморегулятор Советский патент 1979 года по МПК G05D23/24 

Изобретение относится к области автоматического регулирования температуры и может быть использовано в радиотехнических термостатах.

Известны терморегуляторы, содержащие термочувствительный элемент, усилитель и нагреватель 1.

Наиболее близким по технической сущности является терморегулятор, содержащий соединенные с источниками питания транзистор-нагреватель с ограничительным резистором, включенным между эмиттером и источником питания и термочувствительный элемент 2.

Недостатком данного устройства является сложность схемы и конструктивного исполнения, вызванная необходимостью применения усилителя.

Целью настоящего изобретения является упрощение терморегулятора.

Поставленная цель достигается тем, что в терморегуляторе термочувствительный элемент выполнен в виде последовательно соединенных и включенных в прямом направлении полупроводниковых диодов и установлен между эмиттером и базой транзистора-нагревателя, а также тем, что база транзисторанагревателя подключена к общей точке источников питания через источник опорного напряжения.

На фиг. 1 приведена схема терморегулятора с четырьмя транзисторами в диодном включении; на фиг. 2 показано подключение источника опорного напряжения; на фиг. 3 зависимость прямого напряжения кремниевого диффузионного транзистора-нагревателя («а) и термочувствительного элемента «б, образованного из четырех германиевых транзисторов в диодном включении, изготовленных по сплавной технологии; на фиг. 4 представлены зависимости рассеиваемых мощностей от температуры: «а - мощность на транзисторе, «б - мощность на термочувствительном элементе, «в мощность

5

суммарная.

Между эмиттером и базой транзисторанагревателя 1 включен термочувствительный элемент 2 с отрицательным коэффициентом сопротивления. Источники питания 3 и 4 соединены последовательно, причем один из них подключен к коллектору, а второй через ограничивающий резистор 5 к эмиттеру транзистора-нагревателя. Термочувствительный элемент и транзистор-нагреватель имеют хо( - - i --- --- -J-. --V-- ---.---.-;-... ..Ч-т-а--.---------- -;-),,..,--.--: ;-- --- -- Jрошии тепловри контакт с термостатйруейБШ , телом. В качестве -термочувствительного эле.,- . мента может быть использовано несколько последовательно соединенных диодов или транзисторов в диодном включении 6-9, включенных в прямом направлении.

На фиг. 2 обозначения аналогичны, но терморегулятор снабжён источником опорного напряжения 10.

При низких температурах сопротивление термочувствительного элемента высокое.

- Весь ток, идущий по резистору 5, проходит .через эмиттерный переход транзистора-нагревателя. Мощность, рассеиваемая на нем

равна

. w 3ev«e+v«(aH+3M), (fj

где V&b и Vai - напряжения эмиттер-база и коллектор-база,

Зв - ток эмиттера транзистора-нагревателя, : . . - .

JTJ - ток через термочувствительный элемент.

При низких температурах в этом выражении первое слагаемое значительно больше второго, так как напряжение коллектора на один-два порядка больше напряжения на эмиттере, ЭЕ+3тэ const, аЗтэ 0. При повышении температуры сопротивление термо чувствительного элемента уменьшается. При достижении определенной температуры начинает расти :5т9 и падаетjfБ . Мощность, рассёиваемая на транзистдрё-1ййгрёватёле уменьщается, так как уменьшается первый член выражения (1). Тем самым обеспечивается эффект термостатирования. :.д...-.„-,Напряжение на эмиттере транзистора Яагреватёля И на термочувствительном эле; менте (фиг. 3) уменьщается по линейному закону, но с разными темпами. Пока напряжение эмиттер-база транзистора-нагревателя меньше напряжения на термочувствительном

элементе, ток идет через транзистор (тёмпература меньше, например 40°С}. Когда наггряжёние на термочувствительном Элементе падает ниже напряжения на транзисторе при таком же токе, то весь ток пойдет через термочувствительный элемент, а ток через трашистор-йагрёваТелБ ти; сООтвётетвённо, мощность уменьшится. СуММарШя;и;р1ДтгОсть (кривая «в, фиг. 4), состоящая Из мощности рассеиваемой на транзисторе-тгатревателе («а, фиг. 4) и термочувствительном элементе («б), при достижении определенна темпёратуры снизится до ;ве0чннн шт1№ости рассеиваемой на ёрШЧувстЖ тШоТ элементе. Наибольщим напряжением Vtb обладают диффузионные кремниевыетранзисторы, наименьшим - сплавные германиевые с

тонкой базой. Поэтому транзистор-нагреватель берется кремниевым, а в KaiiecTBe диодов термочуйствительного элемента используются эмиттерные переходы высокочастотных сплавных германиевых транзисторов. При VEB 800 мВ в температурной точке регулирования может быть использована группаиз транзисторов с напряжением порядка 180 мВ. В этом случае крутизна изменения мощности составит 40% °С.

Изменение температуры регулирования осуществляется в очень щироких пределах, например, от -50 до -ь100°С путем изменения опорного напряжения на источнике 10. ВаридцйЯ температуры регулирования

5 достигается также изменением числа транзисторов, включенных в термопреобразова ; .

Конструктивно транзистор-нагреватель и термопреобразователь могут быть расположены в одном корпусе и выполнены по тех0 нОлогии интегральных схем. Во многих случаях бывает полезным сделать термопреобразрватель из отдельных элементов и расположить их в разных местах термостатируемого объема.

Предложенный терморегулятор при простоте схемной реализации характеризуется высокой чувствительностью и точностью.

Формула изобретения

1.Терморегулятор, содержащий соединённые с источником.питания транзисторнагреватель с ограничительным резистором, включенным между эмиттером и источником питания, и термочувствительный элемент, отличающийся тем, что, с целью упрощения

терморегулятора, в нем термочувствительНЬ1Й элемент выполнен в виде последовательно соединенных и включенных в прямом направлении полупроводниковых диодов и установлен между эмиттером и базой транзистора-нагревателя.

2.Терморегулятор по п. 1, отличающийся тем, что , с целью расщирения диапазона регулирования, база транзистора-нагревМетя подключена к общей точке источниов питания через источник опорного напряжения... .,..,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Кейн ВГМ. Конструирование терморегуляторов. М., «Сов. радио, 1971.

2.Фогельсон И. Б. Транзисторные датчики. М., «Сов. радио, , с. 25.

SSyH-Ss..

Г2 I

5 Г

9игл /..