Регулятор температуры

 

РЕГУЛЯТОР -геМПБРАТУРЫ. ссцержащий термоэлектрическую батарею, датчик и зацатчик температуры, соециненные с базой первого транзистора р-п-р типа, коллектор .которого соецинен с от рицательным полюсом источника питания через резистор, второй транзистор п-р-п типа, коллектор которого соеоинен с базой третьего транзистора .р типа и через резистор - е положительным полюсом источника питания, причем эмиттер третьего транзистор соецинен с положительным полюсом источника питания, а коллектор - с аноцом первого циоца, четвертый транзистор п-р-п типа, эмиттер которого соединен с отрицательным полюсом источника питания, и шестой транзисторы р-п-р типа, седьмой и восьмой транзисторы п-р-п типа и первый диод, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и экономичности регулятс1эа, в него введены делитель напряжения источника пи . танин на двух резисторах, выход которого соединен с эмиттерами первого в второго транзисторов, девятый транзнстор типа и десятый транзистор р-п-р типа, причем база четвертого транзистора соединена с коллектором первого , транзистора, а коллектор четвертого транзистора -.с катодом второго диоаа, анод которого соединен с базой пятого транзистора, эмиттер которого соединен с одним выводом термоэлектрической батареи, с эмиттером седьмого транзисто| а , а коллектор - с коллектором шестого транзистора, эмиттером девятого транзистора и отрицательным полюсом источника питания, эмиттер шестого транзистора соединен с эмиттером восьмого транзистора и другим выводом (Л термоэлектрической батареи, коллектор восьмого транзистора - с коллектором седьмого транзистора в положительнь1М полюсом источника питания, база девятого транзистора соединена через резисторы с анодом первого дноо да, катод котор о связан с базой седьел мого транзистора и с отрицательным полюсом источника питания, а коллектор 05 с базой шестого Транзистора и через резистор - с его эмиттером, база десятого транзистора соединена через резисторы с катсяюм второго диоаа и с положительным полюсом источника питания, эмиттер десятого транзистора соединен с положительным полюсом источника пи- . тания, а коллектор - с базой восьмого транзистора и через резистор - с эмитте,ром шестого транзистора.

«е «и;

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (р С 05 D. 23/19

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1 ) 3382035/18-24 (22) 15.01.82 (46) 23.11.83. Бюл. % 43 (72) H. И. Варич и А. С. Мельник (53) 621.555,6 (088.8) (56) 1. Патент США hh 3031855, кл. 62-3, опублик. 1962.

2. Патент США Ж 3229217, кл. 330-18, опублик. 1966.

3. Авторское свидетельство СССР

Ж 710032, кл. Я 05 Q 23/19, 1980 (прототип). (54) (57) РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий термоэлектрическую батарею, цатчик и эацатчик температуры, соециненные с базой первого транзистора р-п-р типа, коллектор. которого соецинен с от рицательным полюсом источника питания через резистор, второй транзистор и-р-и типа, коллектор которого соединен с базой третьего транзистора р-и-р типа и через резистор - e положительным полюсом источника питания, причем эмит- тер третьего транзистора соецинен с положительным полюсом источника питания, а коллектор - с аноцом первого циоца, четвертый транзистор п-р-п типа, эмиттер которого соецинен с отрицательным полюсом источника питания, п тый и шестой транзисторы р-и-р типа, сецьмой и восьмой транзисторы и-р-ц типа и первый циоц, о г л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения надежности и экономичности регулятора, в него введены целитель напряжения источника пи- .

:тания на цвух реэисгорах, выхоц которого соединен с эмиттерами первого и второго транзисторов, девятый транзистор и-р-п типа и десятый транзистор р»п-р типа, причем база четвертого транзистора соединена с коллектором первого, транзистора, à коллектор четвертого транзистора -. с катоцом второго циоца, анод которого соединен с базой пятого транзистора, эмиттер которого соецинен с одним вывоцом термоэлектрической батареи, с эмиттером сецьмого транзистора, а коллектор - с коллектором шестого транзистора, эмиттером цевятого транзистора и отринагельным полюсом источника питания, эмиттер шестого транзистора соецинен с эмиттером вось» мого транзистора и другим выводом термоэлектрической батареи, коллектор восьмого транзистора - с коллектором сецьмого транзистора и положительным полюсом источника питания, база цевятого транзистора смцинена через резисторы с анодом первого цио»ца, катоц которого связан с базой сецьмого транзистора и с отрицательным полюсом источника питания, а коллекторс базой шестого транзистора и через резистор - с его эмиттером, база цесятого транзистора соецинена через резисторы с катодом второго циода и с положительным полюсом источника питания, эмиттер десятого транзистора соединен с положительным полюсом источника пи- . тания, а коллектор - с базой восьмого транзистора и через резистор - с эмягте,ром шестого транзистора.

1 10561

Изобретение относится к устройствам терморегулирования и может быть использовано цля автоматического регулирования температуры посредством термо электрических элементов, например, цля стабилизации температуры элементов радиоэлектронной аппара туры (РЭА ).

В электронной технике параметры ряда элементов РЭА критичны к окружаюшей температуре. При работе в широком интервале окружаюших температур необ хоцима принудительная стабилизация их тсмпера гуры. Применение термоэлектрических батарей с электронными регуляторами цлр управления ими позволяет по лучать малогабаритные, экономичные, высоконадежные прецизионные регуляторы температуры, обеспечпваюшие ста« бильную работу РЭА s широком интервале окружаюших температур. 20

Извес гно устройство цля управления температурой. посрецсгвом термоэлектрической батареи, содержашее датчик и задатчик температуры, двухканальный усилитель по тониного тока (УПТ) на вось- д5 ми транзйсторах и переключаюшее уст» ройства на восьми транзисторах и двух диоцах, управляемое по цвум вхоцам.

При этом величина тока через термоэлектрическую батарею зависит от величины 30 рассогласования цатчика и зацагчика температуры, направление тока зависит от характера их рассогласования (больше или меньше сопротивление цатчика температуры, чем зацатчик), это опрецеляет какой из каналов УПТ открыт и на какой иэ входов переключаюшего устройства . поцается открываюшее вход напряжение.

Внутренняя схема переключаюшего устройства обеспечиваег поцключение термо40 батареи к полюсам источника питания через ту или цругую открытую пару транэисгоров мостовой части схемы.

Известное устройство управления .температурой обеспечивает стабилизацию тем-4

О

45 пературы на уровне 25 С с точностью

+ 1 С в диапазоне окружаюших темпера-

0 о тур от минус 30 цо плюс 85 С. Регуляторы температуры описываемого типа, как правило, работоспособны в диапазоне температур от минус 60 (50) цо плюс 100 С, и этот циапазон опрецео ляется устойчивостью к температурным воздействиям, применяемых в регуляторах полупровоцниковых элементов (1 j . SS

Недостатками устройства являются низ»кая его нацежность, определяемая в основном большим количеством элементов 1 2 (цо 70, в том числе 16 транзисторов и цва диода), недостаточная точность стабилизации температуры и ограниченность области его использования, в частности, цля борговых и носимых устройств, так как цля функционирования аналогу тре- . буегся три отдельных источника питания, что не всегда возможно реализовать, Известен дифференциальный усилитель с Н-образным выходным каскадом и мертвой зоной, исключаюшей ток холостого хоца, предстаиляюший собой цвухканальный цифференциальный усилитель, в котором пара выходов первого канала, выполненного в вице цифференциального усилителя, соецинена с первой парой баз транзисторов Н цепи, а другой канал является симметричной копией первого, только опНН из BbIxonos дифференциального усилителя соединен с выходом делителя выхоцного напряжения усилителя. (2 j.

Однако такой усилитель не может быть использован в качестве регулятора температуры, так как имеет лишь по оцному усилительному каскаду, что ведет к необхоцимости умножения числа элементов, а значит к усложнению схемы и снижению его нацежности.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является регуля rop температуры, содержаший датчик температуры, соединенный с вхоцом преобразователя, включаюшего зацатчик темперагуры, цва выхода которого связаны с вхоцами переключаюшего устройства, на выходе которого включена термоэлектрическая батарея. Данный регулятор обеспечивает более высокую точность сгабилизации температуры, более нацежен, так как соцержит по описанию и схеме восемь транзисторов, один циоц и

15 цругих элементов, и область его использования может быть шире, так как устройство функционируег ог одного источника питания (3 j, Однако указанный регулятор температуры имеет низкую нацежность, вызванную воэможностью возникновения режима

"короткого замыкания в переключаюшем устройстве регулятора температуры, а также низкую экономичность, вызванную высоким отношением мошности, необхоцимой для его функционирования, к полезной мошности, потребляемой термоэлектрической батареей, что также ограничивает область его применения.

Белью изобретения является повышение надежности и экономичности устройства.

3 1056141

Поставленная цель постигается тем, -1 и что в регулятор температуры, содержащий н термоэлектрическую батарею, датчик и задатчик температуры, соединенные с базой первого транзистора р-п-р типа, коллектор которого соецинен с отрицательным полюсом источника питания через резистор, второй транзистор п-р-и типа, коллектор которого г соединен с базой третьего транзистора з р-и-р типа и через резистор — с положи- 0 д тельным полюсом источника питания, при- ч чем эмиттер третьего транзистора соеци- и нен с положительным полюсом источника с питания, а коллектор - с анодом первого т циоца, четвертый транзистор и-р-п типа; 15 н эмиттер которого соецинен с отрицатели ным полюсом источника питания, пятый п и шестой транзисторы р- -p типа, сець-. мой и восьмой транзисторы п-р-п типа ч . и первый циоц, введены делитель напря- 0 п жения исгочника питания на цвух резис- т торах, выхоц которого соепинен с амит- э терами первого и второго транзистороиг т .цевятый транзистор п-р-и типа и цесятый транзистор р-и-р типа, причем база чет- 25 .л вергого транзистора соединена с кол- и лектором первого ранзистора, а коллек- л тор четвертого транзистора - с катоцом с второго циоца, анод которого соецинен с, а базой пятого транзистора, эмитгер ко--З с торого соецинен с оцним вывоцом термз- и электрической батареи и эмиттером. с седьмого транзистора, а коллектор — с т коллектором шестого транзистора, эмит- н тером цевятого транзистора и отрица- с тельным полюсом источника питания, 35 ц эмиттер шестого транзистора соецинен с ц эмиттером восьмого транзистора и npy- " п гим выводом термоэлектрической батареи, р коллектор восьмого транзисгора - с кол- ц

40 лектором сецьмого транзистора и положи- э тельным полюсом источника питания, база цеватого транзистора соединена через ре- с зисторы с анодом первого циопа, катод ко- о торого связан с базой седьмого транзис45 тора и с отрицательным полюсом источ- . т ника питания, а коллектор - с базой шесто- т го транзистора и через резистор — с эмиттером, база десятого транзистора соединена через резисторы с кагоцом второго ж циоца и с положительным полюсом источ50 ника питания, эмиттер десятого транзисго- с ра соединен с положительным полюсом

3 источника питания,а коллектор - с базой восьмого транзистора и через резисторс эмиттером шестого транзистора.

55 и

На фиг. 1 привецена электрическая принципиальная схема регулятора тем4 ературы; на фиг. 2 — 4 — принципиальая схема вариангов ее выполнения.

Устройство соцержит цатчик 1 температуры, соединенный с входом преобразователя 2, включаюшего задатчик 3 темпе ратуры, соециненный с входом преобразователя 2 и с базами первого 4 и второо 5 транзисторов, причем первый тран истор 4 р-и-р типа коллектором. соеинен с базой четвертого транзистора 6 и ерез третий резистор 7 с отрицательным олюсом истонника 8 питания,, эмиттером оецинен с эмиттером второго транзисора 5 и с выхоцом 9 целителя напряжеия источника питания на первом 10 и втором 11 резисторах, второй транзистор 5

-р-и типа, соециненный коллектором с базой третьего транзистора 12 и через етвертый резистор 13 с положительным олюсом источника 14 питания, третий ранзистор 12 р-и-р типа соединен с миттером с положигельным полюсом исочника 14 питания, соецинен коллектором с первым выхоцом 15 преобразоватея четвертый транзистор 6 и-р-п типа, соеиненный эмиттером с QTpIIIIB79JIbHbIM поюсом источника 8 питания, коллектором» вторым выхоцом 16 преобразователя, первый и второй выхоцы послецнего оецинены с соответствующими входами 17

18 переключаюшего устройства 19, в остав которого вхоцит цевятый транэисор 20 п-р-и типа, база которого соецинеа с входом 17 переключаюшего устройтва через пятый резистор 21. и анод ервого циоца 22, катод послецнего соеинен с базой седьмого транзистора 23 и евчтый резистор 24 — с его же эмиттеом, база цевятого транэисгора 20 соеинена через шестой резистор 25 с его миттером и отрицательным полюсом источника питания 8, коллектор соецинен базой шестого транэис1ора 26 и через циннаццатый резистор 27 с его же эмиттером, с вторым входом 18 соединен каоп второго циоца 28 и база цесятого ранзистора 29 р-и-р типа через сецьмой резистор 30, его база, кроме того, соеинена с собственным эмигтером и полоительным полюсом источника 14 питания ерез восьмой резистор 31, а коллектор оецинен с базой восьмого транзистора

2 и через цвенаццатый резистор 33 с

ro эмиттером, анод второго диода сое« инеи с базой пятого транзистора 34 через десятый резистор 35 с его же эмиттером, коллекторы седьмого 23 и восьмого 32 транзисторов и-р-и соепинены с положительным полюсом источника 14

1056141

S питания, а коллекторы пятого 34 и восьмого 32 транзисторов соецинены с первым выхоцом 36 переключающего устройства, а эмиттеры пятого 34 и сецьмого 23 - с вторым 37 выхоцом переключающего уст» ройства, к выхоцам 36 и 37 подключена термоэлектрическая батарея 38.

На фиг. 2 приведен вариант выполнения переключающего устройства 19, в котором пары транзисторов 20, 26 и 29, 10

32, образующих составные транзисторы с большим коэффициентом перецачи, заменены не транзисторы 39 и 40, выполненные по схеме Дарлингтона в одном корпусе. В данном варианте также отпала не- 35 обхоцимость в использовании резисторов 27 и 33.

На фиг. 3 приведен вариант выполнения переключающего устройства 19, в котором транзисторы р-п-.р типа 34 и 26 20 заменены транзисторами и-р-и типа 41 и 42, при этом резистор 35 включается между отрицательным полюсом источника, питания и,базой транзистора 41.

В цан ом варианте добавляется связь 25 межцу выхоцом 43, к которому подключается эмиттер транзистора 6 преобразователя, и входом 44 переключающего устройства, к которому подключается база транзистора 41. 30

На фиг. 4 приведен вариант выполнения перецаточного устройства 19, в котором триггеры и р-и типа 23 и 32 заме иены на транзисторы р- -p типа 45 и 46, при этом резисгор 24 включается между базой транзистора 45 и положительным полюсом источника питания. Б данном варианте цобавляется связь межцу выходом 47 преобразователя, к которому подключается эмиттер транзистора, и вхо- 40 дом 48 переключающего устройства, к которому поцключается база транзистора 45

Регулятор температуры работает следующим образом.

1

Когца температура регулируемого обьекта равна зацанной, то потенциал баз первого 4 и второго 5 транзисторов равен потенциалу их эмиттеров и транзисторы будут вследствие этого закрыты, эакры50 тым буцет также и третий 12 и четвертый 6 транзисторы преобразователя 2, так как их базы соединены базовыми резисторами 13 и 7 со своими эмитте5" рами, а от других,потенциалов они иэоли- 5 рованы большим сопротивлением закрытых коллекторно-эмиттерных перехоцов соответственно второго 5 и первого 4 транэисторов. Закрытым буцет также и девятый транзистор 20 переключающего устройства 19, так как его база буцет иметь потенциал эмигтера, а от цругих потенциалов она изолирована большим сопротивлением закрытого коллекторно-эмиттерного перехода третьего транзистора 12 и большим сопротивлением первого циоца 22 в направлении, обратном его проводимости, шестой транзистор 26 также будет закрыт, так как его база соединена с собственным эмигтером через один, надцатый резистор 27, а от других потенциалов она изолирована большим со противлением закрытого коллекторноэмиттерного перехоца девятого транзистора 20, закрытым буцет и цесятый транзистор 29, так как база имеет потенциал собственного эмиттера, а от других потенциалов она изолирована большим сопротивлением закрытого эмиттерно-коллекторного перехода четвертого .транзистора 6. преобразователя и второго циоца 28, включенного в направлении, обратном его провоцимости, в силу указанного состояния цесятого транзистора 29 закрытым буцет и восьмой транзистор 32 (аналогично шестому 26)„. потенциалы баз пятого 34 и седьмого 23 транзисторов также будут равны потенциалам их эмиттеров, так как они соединены с эмиттерами через соответственно девятый 24 и десятый

35 резисторы, от отрицательного потенциала базы изолируют первый дион 22 и четвертый транзистор 6, от положительного - второй дион 28 и четвертый транзисгор. 6, поэтому пятый 34 и шестой 26 транзисторы также буцут закрыты и переключающее устройство 19 в силу указанного состояния всех транзисторов потреблять тока or источника питания не буцег. Потреблять энергию будут лишь цепь датчика 1 и задатчика 3 температуры (ениницы миллиампер) и целитель ,напряжения на первом 10 и втором 11 резисторах - 10-200 м.

Когца температура объекта будет выше заданной, то второй транзистор 5 преобразователя 2 откроется, а первый 4 остается закрытым, так KBK на его базе буцет закрывающий потенциал относительно эмиттера, откроется и третий транзистор 12 преобразователя, так как на его базе будет напряжение близкое к напряжению на выхоце 9 целителя напря« жения, и на первом вхоце 17 переключающего устройства появится потенциал положительного источника 14 питания за вычетом пацения напряжения на открытом третьем транзисторе 12 преобразовате» ля 2, состояние четрготого транзистора 6 не изменяется, он о ; ется закрытым

Положительный потенциал с первого входа 17 переключающего устройства 19 появится на базе седьмого транзистора

23 через первый диод 22, пропускающий только положительный потенциал к базе седьмого транзистора 23, этот потен- 10 циал на вхопе откроет и девятый транзистор 20, поступит на базу шестого транзистора 26 и откроет его, через открытый шестой транзистор 26 потен циал отрицательного полюса источника 8 питания поступит на первый abwoa 36 переключающего устройства, а на второй выход 37 поступит потенциал положительного полюса источника 14 питания через открытый седьмой транзистор 23 и через батарею 38, поцключенную к выходам переключающего устройства 36 и

37, потечет roK, который охлацит объект, величина тока зависит от величины рассогласования цатчика 1 и запатчика 3 тем- 2s пературы и опрецеляется величиной провоцимости открытых транзисторов. При уменьшении рассогласования датчика и задатчика температуры уменьшается и провоцимость транзисторов и величина тока багареи уменьшится.

Когда температура объекта ниже за) цанной, то второй транзистор 5 преобразователя закроется, а первый 4 откроется, так как потенциал баэ станет бо.лее отрицательным, чем потенциал их эмиттеров. Третий транзистор 12 закро;ется, так как потенциал его базы буцет таким же, как и эмиттера, а четвертый транзистор 12 откроется, так как на его базе будет потенциал, равный потенциалу выхоца 9 целителя напряжения и на втором вхоце 18 переключающего устройства 19 бупет потенциал отрицательного полюса источника 8 питания с добавкой

45 падения напряжения на открытом транзисторе 6. Потенциал на первом 17 входе будет близок к потенциалу отрицательного пм юса: источника 8 питания, с второго вхопа 18 поступит через второй диоц

28 на базу пятого транзистора 34 и откроет его, и через сецьмс„. резистор 30 поступит на базу цесятого транзистора

29 и откроет его, при этом потенциал положительного полюса источника 14 пи г тания, через открытый десятый тран- - зис гор 29 поступит на базу восьмо1056141 8 го транзистора 32 и откроет его. Таким образом на первом выхоце 36 переключаюutего устройства окажется потенциал положительного полюса источника 14 питания, через открытый деся тый транзистор 29 поступит на базу восьмого транзистора 32 и о ткроет его. Таким образом, на первом выхоце 36 переключающего устройства окажется потенциал положительного полюса источника 14 питания через открытый восьмой транзистор 32, а на втором выходе 37 — потенциал отрицательного полюса источника 8 питания через открытый .пятый транзистор 34, и через термоэлектрическую батарею 38 потечет ток, попогреваюший объект по заданной температуры, Транзисторы, не упомянутые среци открытых, обязательно и нацежно закрыты закрывающими их потенциалами на базах.

Работа регулятора при выполнении его переключающего устройства согласно вариантам схем, приведенным на фиг. 24 аналогична описанной работе регулятора по основному варианту и не требует специального пояснения. Однако следует отметить, ч го выполнение регулятора по схеме фиг. 2 повышает его надежность за счет высокой нацежности транзистора. дарлингтона.

Таким образом, выходная функция регулятора температуры остается такой же как и в известном устройстве, но постигается более высокая функциональная надежность за счет исключения возможности самопроизвольного откры гия транзистора переключающего устройства в состоянии равновесия и реверса тока через термоэлектрическую батарею 38, т.е. возникновения аварийной ситуации.

Достигается также и более высокая экономичность, чем в известном устройстве, за счет исключения потерь на цепи закрывания пятого 34 и шестого 26 транзис горов переключающего устройства 19 исключением этой цепи и исключением потерь на резисторах связи баэ седьмого

23 и восьмого транзисторов 32 с выхопами 36 и 37 переключающего устройства за счет их исключения и другого схемного решения регулятора температуры.

Кроме того, возможно расширение области применения устройства за счет повышенной экономичности регулятора температуры и возможности его испльэования в устройствах с ограниченными энергетическими возможностями.

10561 41

Фиг. I

Составитель Г. Крейман

Рецактор P. Бицика Техрец И.Метелева Корректор О. Билак

Заказ 9304/40 Тираж 874 Поцписное

ВНИИПИ Госуцарственного комитета СССР по целам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., ц. 4/5

Филиал ППП "Патент".r. Ужгороц,, ул. Проектная, 4