Отличие этого варианта термостабилизатора от многих других, ранее описанных в нашем журнале, заключается в основном в замене традиционного тринистора симистором, что позволило исключить выпрямительный мост, составленный из мощных диодов. В результате число элементов, устанавливаемых на теплоотвод при выходной мощности до 1 кВт, сократилось с пяти до одного. Термостабилизатор можно использовать для поддержания температуры в домике на садовом участке, в погребе, балконном "овощехранилище " и других закрытых объемах.
Стабилизация температуры предлагаемым электронным устройством, осуществляется, как обычно, включением и выключением сетевого напряжения, подаваемого на нагрузку - нагреватель, в зависимости от температуры датчика - терморезистора. Включение самого симистора происходит вблизи момента перехода сетевого напряжения через "нуль", что снижает уровень помех.
Схема термостабилизатора приведена на рис. 1. В термостабилизаторе использованы узел питания и цепи формирования импульсов в моменты прохождения сетевого напряжения через "нуль", описанные в [1], поэтому часть схемы, полностью повторяющая рис. 1 [1], здесь не показана.
"нуль" формируется импульс отрицательной полярности. Триггер Шмитта, собранный на элементах DD1.1, DD1.2 и резисторе R9, формирует крутые фронты и спады этого импульса. Положительный перепад напряжения, соответствующий началу полупериода, дифференцируется цепочкой C4R11 и в виде короткого импульса положительной полярности подается на входной вывод 12 элемента DD1.4.
Одновременно на второй вход (вывод 13) элемента DD1.4 поступает сигнал с выхода ОУ DA1, выполняющего функцию компаратора. Его входы подключены к выходам термочувствительного моста, образованного резисторами R5 - R8 и терморезистором RK1. Пока температура терморезистора выше установленной резистором R5, напряжение на неинвертирующем входе ОУ меньше, чем на инвертирующем, на выходе компаратора формируется сигнал низкого уровня. В это время импульсы через элемент DD1.4 не проходят и светодиод HL1 закрыт.
Когда температура терморезистора RK1 снизится и напряжение на нем станет больше, выходной сигнал ОУ будет соответствовать высокому уровню, включится светодиод HL1, импульсы с дифференцирующей цепочки C4R11 начнут проходить через элемент DD1.4 на базу транзистора VT3. В начале каждого полупериода транзистор начнет включать симистор VS1 и тем самым подключать к сети нагрузку - нагреватель.
Все элементы устройства, кроме симистора и гнездовой части выходного разъема Х1, смонтированы на печатной плате размерами 80x50 мм (рис. 2). Плата, выполненная из одностороннего фольгированного стеклотекстолита, рассчитана на установку резисторов МЛТ, конденсаторов К73 - 16 (С1), К50 - 6 (С2), КМ - 5 (остальные). Переменный резистор R5 - СПЗ - 4аМ или СПЗ - 4бМ. Диоды VD1 и VD2 - любые кремниевые импульсные или выпрямительные, стабилитрон VD3 - на напряжение стабилизации 10...12 В. Микросхема К561ЛА7 заменима на К176ЛА7 или КР1561ЛА7. Транзисторы VT1 и VT2 могут быть любыми кремниевыми маломощными структуры p-n-p, транзистор VT3 - средней или большой мощности такой же структуры с допустимым коллекторным током до 150 мА.
Функцию компаратора (DA1) может выполнять практически любой ОУ, работающий при полном напряжении питания 10 В и потребляющий ток не более 5 мА, например, КР140УД7, К140УД6, КР140УД6, КР140УД14. Светодиод HL1 - любой из серии АЛ307. Его следует максимально вынести за пределы платы, и "смотреть" он должен в ту же сторону, что и вал переменного резистора R5. Корпус резистора R5 соединен с минусовым проводником цепи питания микросхем, что необходимо для его экранирования.
Терморезистор RK1, использованный в изготовленном образце устройства, - ММТ - 4. Но подойдет и любой другой серии ММТ или КМТ на номинальное сопротивление 10...33 кОм. Лучше - герметичные ММТ - 4 или КМТ - 4 [2, 3].
Для определения сопротивлений резисторов R5 и R6 необходимо задаться диапазоном температур, в котором должен работать термостабилизатор. Сопротивление терморезистора измеряют при максимальной рабочей температуре. Такое же сопротивление или несколько меньшее должен иметь и резистор R6. Затем измеряют сопротивление терморезистора при минимальной температуре и подбирают сопротивление резистора R5 таким, чтобы оно в сумме с сопротивлением резистора R6 было не меньше измеренного. Если есть затруднения в измерении сопротивления терморезистора в диапазоне температур, можно считать, что для резисторов серии ММТ оно увеличивается на 19% при уменьшении температуры на 5°С, на 41% приуменьшении на 10°С и в два раза - на 20°С. Аналогично при таком же повышении температуры уменьшение сопротивления прибора составляет 16%, 29% и два раза соответственно. Для терморезисторов КМТ подобное изменение примерно в 1,5 раза больше.
Указанные на схеме номиналы резисторов R5, R6 и терморезистора RK1 соответствуют диапазону работы термостабилизатора 15...25°С.
Монтажную плату и симистор КУ208Г (или КУ208В), установленный на ребристом теплоотводе размерами 60x50x25 мм, размещают в пластмассовой коробке размерами 150x95x70 мм так, чтобы терморезистор оказался близко к нижней стенке коробки, а теплоотвод симистора - к верхней. Предварительно в этих стенках корпуса наименьшего размера просверливают возможно большее число вентиляционных отверстий диаметром 6 мм с шагом 10 мм. Светодиод и вал резистора выводят через отверстия в передней стенке коробки. Сам же вал переменного резистора и крепежный винт пластмассовой ручки на нем не должны быть доступны для случайного прикосновения.
Налаживать и градуировать регулятор начинают без симистора. Вывод 12 элемента DD1.4 временно соединяют проволочной перемычкой с выводом 14 этой микросхемы, и к резистору R12 подключают вольтметр постоянного напряжения. Конденсатор С1 шунтируют резистором сопротивлением 220...330 Ом, после чего термостабилизатор подключают к источнику постоянного тока с выходным напряжением 12...15 В. Значение напряжения этого источника устанавливают таким, чтобы ток, потребляемый термостабилизатором, был в пределах 18...20 мА.
Терморезистор помещают в воду, температура которой соответствует середине рабочего диапазона. Изолятор термистора не должен касаться воды. При вращении вала резистора R5 по часовой стрелке светодиод HL1 должен загораться, а вольтметр показывать напряжение около 9 В, при вращении же его в противоположном направлении светодиод будет гаснуть, а стрелка вольтметра стоять на нулевой отметке шкалы. Делают соответствующую отметку на шкале переменного резистора. Изменяя температуру воды, полностью градуируют термостабилизатор.
Для проведения этой операции можно вместо терморезистора использовать постоянные резисторы с номиналами, соответствующими измеренным сопротивлением терморезистора при заданных температурах.
Удалив дополнительный резистор и проволочную перемычку, полностью собирают стабилизатор и проверяют его работу с лампой накаливания, подключенной к разъему Х1 "Нагрузка".
Для линеаризации шкалы переменного резистора можно воспользоваться рекомендациями статьи [4].
Регулятор устанавливают в вертикальном положении так, чтобы вентиляционные отверстия в его корпусе ничем не закрывались, например, на стену комнаты. Если термостабилизатор используется для поддержания температуры в погребе, инкубаторе или балконном "овощехранилище", его лучше размещать вне термостабилизируемого объема, а терморезистор вынести из корпуса стабилизатора. В этом случае для уменьшения влияния наводок на место терморезистора на плату следует поставить оксидный конденсатор емкостью не менее 50 мкФ на номинальное напряжение не менее 10 В. Сам же терморезистор и подводящие к нему провода должны быть тщательно за изолированы.
Термостабилизатор не имеет гистерезиса по температуре, и его точность может быть весьма высокой - порядка 0,1°С. Но если по каким-то причинам гистерезис все же требуется, необходимо включить между выводами 3 и 6 ОУ DA1 резистор (на рис. 2 он показан штриховыми линиями) сопротивлением несколько мегаом.
Литература
Автор: С.Бирюков, г.Москва