Двухпороговый термостат, схема термореле на одной микросхеме
Этот термостат был сделан для управления простым электрообогревателем для поддержания в помещении температуры в пределах +20..+25°С.
Обычно схема терморегулятора состоит из компаратора и двух источников напряжения, -одного фиксированного и одного термозависимого. Эта схема отличается тем, что как такового компаратора в ней нет.
Принципиальная схема
Схема построена на популярной цифровой микросхеме К561ЛЕ5. В ней четыре логических элемента. На двух из них собран RS-триггер.
Зачем нужен триггер? Дело в том, что логические элементы данной микросхемы не имеют разницы между порогом единицы и нуля на входе. То есть, есть некий порог, и что выше его, то единица, а что ниже - ноль.
При напряжении питания 5V этот порог в районе 2,3-2,6V, и что интересно, у разных экземпляров микросхемы величина этого порога отличается.
Другая особенность в том, что порог этот очень, ну как бы, тонкий, и при входном напряжение равном этому порогу, элемент может воспринимать это напряжение то, как ноль, то как единицу.
Вот здесь и помогает RS-триггер, потому что у него есть два устойчивых состояния, и переключившись в одно состояние, он будет удерживаться в нем уже независимо от того, как изменяется напряжение на том его входе, который его установил в это состояние.
Это исключает возможность хаотического изменения выходного состояния. Что особенно важно, потому что на выходе для управления находится реле.
Таким образом, все же логический элемент работает здесь как своеобразный компаратор со встроенным источником опорного напряжения, равного величине порогового напряжения между нулем и единицей.
Температурным датчиком является цепь, состоящая из резистора R1 и терморезистора RT1. Это делитель напряжения, зависимый от температуры.
В нем используется полупроводниковый терморезистор NTCLE203E3103, у него номинальное сопротивление 10 кОм (при 25°С), а при 20°С его сопротивление 12,47 кОм.
Как уже было сказано выше, порог между нулем и единицей у разных экземпляров микросхемы К561ЛЕ5 (и всех её аналогов) может быть разным, поэтому для настройки термостата на нужную температуру используются подстроечные резисторы R2 и R3.
Резистором R2 устанавливают минимальную температуру, -ту, при достижении которой должен включаться нагреватель. Резистором R3 устанавливают максимальную температуру, -ту, при достижении которой должен выключаться нагреватель.
Рис. 1. Принципиальная схема двухпороговый термостат, термореле на микросхеме К561ЛЕ5.
Теперь, как это все работает. Если резисторы R2 и R3 настроены правильно, то при снижении температуры, соответственно, сопротивление RT1 повышается.
Так как RT1 находится в нижнем плече делителя R1-RT1, то напряжение на выводе 1 D1.1 повышается. Как только температура достигает заданного минимума, напряжение на этом выводе достигает порога логической единицы.
RS-триггер D1.1-D1.2 переключается в устойчивое состояние с нулем на выходе D1.1. Соответственно, на выходе D1.4 возникает единица. Транзистор VT1 открывается и подает ток на обмотку реле К1.
Реле включает нагреватель.
Вследствие работы нагревателя температура повышается. Сопротивление RT1 снижается. Напряжение на выводе 1 D1.1 уходит в зону нуля.
Затем, в соответствии с настройкой резистора R3, в зону нуля уходит и напряжение на входах D1.3. При правильной настройке R3 это происходит при достижении максимальной температуры. Тогда на выходе D1.3 появляется, пусть даже неустойчивой, но уровень логической единицы.
Он поступает на вывод 6 D1.2 и RS-триггер D1.1-D1.2 переключается в устойчивое состояние с единицей на выходе D1.1. Соответственно, на выходе D1.4 возникает ноль. Транзистор VT1 закрывается, и реле К1 выключает нагреватель.
Так будет повторяться периодически.
Налаживание
При настройке термостата нужно помнить, что разнос между максимальной и минимальной температурами должен быть достаточно большим, ну не менее 5 градусов, иначе реле будет слишком часто переключаться, и это приведет к его преждевременному выходу из строя.
Впрочем, если нужна более высокая точность поддержания температуры, можно разнос температур сделать и меньше, но тогда электромагнитное реле К1 реле следует заменить твердотельным реле, которое фактически представляет собой симистор или двунаправленный ключ на полевых транзисторах, управляемый оптопарой.
В этом случае светодиод этого твердотельного реле нужно включить вместо обмотки реле К1, но через токоограничительный резистор. Для налаживания нужен контрольный термометр.
Веселов В. А. РК-07-19.