Економічний індикатор аварійних температурних
Підвищення економічності пристроїв на мікросхемах, що використовують технологію КМОН.
Не секрет, що мікросхеми серій К176, К561 і їм подібні дуже популярні у радіоаматорів на увазі їх економічності, надійності і широкого діапазону живлячої напруги. Дійсно, в стаціонарному стані логічних елементів (ЛЕ) струм споживання ІМС складає долі мікроампера, але варто змусити хоча б один з ЛЕ періодично переключаться, як струм споживання різко зростає, та ще й пропорційно частоті перемикань. Також зростає струм споживання, якщо використовувати ЛЕ як пороговог оелемента: при плавному наростанні напруги на вході ЛЕ від 0 до + Ucc струм споживання істотно змінюється (див. Рис.1)
Зміна струму споживання ІМС при повільному зміні вхідної напруги.
і може досягати 1 мА при вхідній напрузі, близькій до пороговому напрузі перемикання ЛЕ. Та ж картина характерна і для ЛЕ з гістерезисом типу тих,
що містяться в К561ТЛ1, Тл2. Саме тому приречені на невдачу спроби
створити економічний датчик температури або освітленості в якому використовується порогове ланка, як на рис. 2: струм споживання такого пристрою в режимі очікування може перевалити за кілька міліампер, так як до току споживання ІМС додається струм дільника R1R2, яка не может тбить занадто малим з огляду на різке погіршення завадостійкості при збільшенні опору резисторів подільника.
Рис.2 Простий пороговий елемент.
Ясно, що використовувати такий пристрій тривалий час з живленням від батарей не представляється можливим. Отже, існує кілька шляхів зменшення споживаного струму: по-перше, можна знизити напругу живлення до мінімально можливого, але для пристрою (рис.2) струм споживання все одно не вдається знизити більш ніж до 0.8мА. Правда в багатьох інших випадках зниження напруги доцільно, так наприклад, таймер, зібраний на К176ІЕ12 споживає при напрузі живлення 9 В ток 0.35 мА, а при харчуванні напругою 8 В - вже 0.2 мА, 7В - 0.1 мА. Частота стабілізованого кварцом генератора при цьому практично не змінюється. Практично знизити напругу живлення такої ІМС можна включивши в розрив провідника харчування, що йде до + ІМС один-два кремнієвих діода типу КД522, і струм споживання знизиться в 2-3 рази. Не слід особливо захоплюватися цим способом, так як при зниженні напруги живлення погіршуються частотні властивості ІМС. По-друге, можна грунтовно поміняти алгоритм роботи пристрою, виключивши тривалі часові проміжки, в яких на входи ЛЕ надходять напруги, близькі до граничним напруженням перемикання. Фактично, дайте йому працювати в імпульсному режимі.
Обидва принципи реалізовані в описаному нижче пристрої - індикаторі перевищення встановленого температурного порога.
Рис.3 Принципова схема термоіндикатора.
Пристрій призначений для здійснення аварійної індикації підвищення температури в інкубаторі або як індикатор нагріву чого-небудь до заданої температури. Пристрій абсолютно автономно, харчується від двох батарей розміру AA і споживає струм близько 40 мкА, тобто від комплекту свіжих батарей індикатор може працювати від 6000 годин і більше в залежності від якості гальванічних елементів.
Розглянемо докладніше принцип роботи пристрою.
На DD1.1 реалізований генератор позитивних імпульсів з дуже великою шпаруватістю. Період проходження імпульсів близько 1с, тривалість - близько
0.5мс. Ці імпульси через дільник напруги, утворений термістором R3 і подстроечніком R4 надходять на вхід DD1.2. Якщо пік напруги (в момент проходження імпульсу) на вході DD1.2 вище порога логічної одиниці (термістор гарячий), то на виході DD1.2 формується короткий імпульс нульового рівня, який запускає одновібратор на DD1.3, який "розтягує" запускає імпульс до часткою секунди і інвертує його. Саме цей, знову одиничний, імпульс запускає на короткий час налаштований в резонанс звуковипромінювача генератор на DD1.4. Якщо ж термистор холодний, то на 4-му виведенні постійно присутня логічна 1, отже, на 10-му - логічний 0, робота генератора на DD1.4 заборонена. Більш того, в цьому стані на виведення 11 ІМС високий логічний рівень замикає транзистор - струм через звуковий випромінювач не проходить.
Налагодження.
Підлаштування резистором R4 встановлюють необхідний температурний поріг спрацьовування сигналізації, при необхідності підбирають R6 по максимальній гучності зучанія випромінювача.
Деталі та конструкція.
Усі застосовані деталі малогабаритні. С1 і С2 повинні бути неелектролітіческіх, бажано з малими струмами витоку. Звуковий випромінювач BF - будь-який відповідний електромагнітний, наприклад, від електронного будильника або звуковий дитячої іграшки. Можна застосувати і п'єзоелемент, але тоді для досягнення достатньої гучності потрібно паралельно йому підключити дросель - ферритові кільце К10x6x4, заповнене проводом діаметром 0.1 мм. Опір термістора і підлаштування резистора повинні бути приблизно рівні і можуть перебувати в межах 1кОм - 100 кОм, струм споживання пристрою від цих опорів практично не залежить зважаючи на велику скважности імпульсів. Нижня межа 1 кОм визначається здатністю навантаження ЛЕ. Якщо після DD1. 1 поставити емітерний повторювач, то при незначному підвищенні струму споживання можна застосувати навіть термістори з опором в десятки Ом. Уявляєте, як при цьому зросте стійкість! Навіть при використанні термистора опором 10кОм його можна виносити за межі корпусу пристрою за допомогою кручений пари на відстань до 1 метра. Замість термистора можна поставити фоторезистор, тоді вийде індикатор освітленості. Гальванічні елементи можна застосовувати в принципі будь-які розміру AA, так як навіть найдешевших, ємністю близько 0.25 Ач вистачить на 6000 годин безперервної роботи. Але якщо індикатор використовується в відповідальних пристроях типу інкубатора, то батарейки звичайно повинні бути з запасом по ємності і не схильні до протікання електроліту.