CONTROLLO TEMPERATURA on-off

CONTROLLO on/off DI TEMPERATURA
( a cura del prof. GARRO)
11
R4
100k
RC07
1
D3
3.3Vz
DIODE-1N
3
3
+
6
-
U1
TL081
8DIL300
1
1
C4
0.1uF
CH300/100/200
2
1
1
2
3
2
OUT
MM-3
K1
RELAY 12V
16DIL300
R6
5.6k
RC07
1
1
3
14
3
2
2
R7
5.6k
RC07
R8
5.6k
RC07
Q1
1 2n1711
TO5A
VCC
JP1
2
2
2
2
CV400/200
2
t
1
C3
100uF
RT1
THERMISTOR
MM-2
4
5
1
1
2
JP2
15
8
2
7
2
D2
LED
DIODE-LED
2
12
2
R5
10k
VRES-2
16
9
D1
1n4001
DIODE-1N
1
1
R3
15k
RC07
2
R1
1k
RC07
R2
5.6k
RC07
1
C2
0.1uF
CH300/100/200
2
2
C1
100uF
CV400/200
1
1
1
2
VCC
1
2
+12 Volt
mm-2
Questo progetto è in grado di attivare o disattivare un carico al variare della temperatura. La variazione della suddetta
temperatura è rilevata da un sensore NTC ( Negative Coefficient Temperature ). Questo componente varia il suo valore
RT in ohm al variare della temperatura. Il sensore , posto in serie con una resistenza R3, presenta una tensione ai suoi
capi
VT =
Vcc
* RT . Avremo quindi una VT variabile al variare della temperatura. Un amplificatore
R3 + RT
operazionale configurato come comparatore ad anello aperto, confronta ai suoi ingressi (V+ e V-), la tensione VT con
una tensione di riferimento VR (preimpostata) e assume in uscita due stati possibili V0H ( prossimo alla VCC) o V0L (
prossimo alla tensione d’alimentazione negativa). In particolare per VT < VR si ha V0 = V0H ; per VT > VR si
ha V0 = V0L
VCC
V0
1
VCC
R2
5.6k
V0H
2
V0H
1
VR
1
R3
33k
2 VR
R5
10k
VT
U1
3
2
v+ 3 +
v- 2 -
VT
1
VT
V0L
VT
VR
UA741
TL081
1
RT
R
V0L
V0
6
2
2
R7
5.6k
Questo circuito, per valori di VT prossimi alla VR, può generare in uscita V0 delle false commutazioni, dovute a
tensioni di disturbo casuali che si possono sovrapporre alla VT oppure può generare per piccole variazioni della
temperatura intorno al suo valore di riferimento, dei cicli ripetuti di attivazione e disattivazione del carico che possono
“stressare” il sistema. Si può ovviare a questo problema inserendo una R4 = 100k tra la V0 e la V+ (reazione positiva
) nell’amplificatore operazionale ( TL 081), ottenendo così un comparatore ad anello chiuso ( trigger di Schmitt). Per
l’analisi circuitale si può fare riferimento allo schema equivalente realizzato applicando il teorema di Thevenin al nodo
VR.
VCC
VR =
R2
5.6k
RA
TRIGGER
DI
SCHMITT
Rp=RA//RB
VR
R4
100k
VR
R5
10k
VT
Vcc
* RB
RA + RB
V+
RB
V-
+
-
R4
100k
Rp
V0
U1
TL081
V+
VT
R7
5.6k
V-
1
+
-
V0
U1
TL081
La V+ può assumere due valori diversi a secondo del valore della V0 ( V0H o V0L). Chiamiamo V+H il valore assunto
dalla V+ per V0H; chiamiamo V+ L il valore asunto dalla V+ per V0L
In questo caso la commutazione della V0 , dovuta alla comparazione della VT con la V+ , avendo due distinti valori di
V+ (V+H e V+ L ) avverrà per due diversi valori della VT . Se il segnale in uscita si trova al suo livello inferiore
V0=V0L (prossimo a 0 volt), il comparatore commuta quando la VT < V+L; se invece si trova al suo livello superiore V0
= V0H (prossimo a VCC), il comparatore commuta quando la VT > V+H
V0
VD
V+H = soglia di commutazione superiore (tensione
V0H
di soglia superiore)
V+ L = soglia di commutazione inferiore
( tensione
di soglia inferiore )
V0L
+
(V L )
∆V
Per VT < V+
(V+H)
VT
si ha V0=V0H.
Chiamiamo V+ =V+H
.
Per il principio della sovrapposizione degli effetti, si avrà:
V +H =
VR
V0 H
* R4 +
* Rp
Rp + R 4
Rp + R 4
Quindi perché avvenga la commutazione da V0H a V0L è necessario che la VT raggiunga e superi il valore della
V+H .
Per VT > V+
si ha V0=V0L.
Chiamiamo V+ =V+L
.
Per il principio della sovrapposizione degli effetti, si avrà:
V +L =
VR
V0 L
* R4 +
* Rp
Rp + R 4
Rp + R 4
Quindi perché avvenga la commutazione da V0L a V0H è necessario che la VT raggiunga e diminuisca oltre il
valore della V+L .
I parametri caratteristici di questo comparatore sono:
L’Isteresi definita come differenza tra le due tensioni di soglia V+H - V+L
∆V = V+H – V+L =
∆V =
 VR
  VR

V0 H
V0 L
 Rp + R 4 * R 4 + Rp + R 4 * Rp  -  Rp + R 4 * R 4 + Rp + R 4 * Rp 

 

Rp
* (V0 H − V0 L )
Rp + R 4
∆V = (V0 H − V0 L ) *
La distanza del centro della maglia dall’origine degli assi:
2
1
R4
1+
Rp
VD =
  VR

V0 H
V0 L
V + H + V + L 1  VR
= * 
* R4 +
* Rp  + 
* R4 +
* Rp  ;
2
2  Rp + R 4
Rp + R 4
Rp + R 4
  Rp + R 4


VD = 2VR *

VD = VR *
R4
Rp  1
+ (VOH + V0 L ) *
* ;
Rp + R 4
Rp + R 4  2
R4
V + VOL
Rp
+ 0H
*
Rp + R 4
2
Rp + R 4
L’uscita V0 del comparatore (TL 081) può dunque assumere due stati possibili: ON ( V0H ), OFF (V0L), con cui
polarizzare la base di un transistore (VBE).
Per V0H avremo una VBE tale da mandare in conduzione il transistore. L’avvolgimento del relè , attraversato dalla Ic
si magnetizza e attiva i suoi contatti, utilizzabili per pilotare a sua volta un carico di potenza.
Per V0L avremo una VBE prossima a 0 Volt che mantiene in interdizione il transistore , non permettendo quindi
l’attivazione del relè e dei suoi conttatti. Una V0L , prossima a 0Volt, potrebbe in alcuni casi, avere una tensione
minima che determina una VBE in grado comunque di generare una Ic tale da permettere l’attivazione del relè. Un
diodo zener Vz=3.3Volt , posto in serie all’uscita del comparatore, impedisce la polarizzazione della base del transistore
per tensioni V0L inferiori a 3.3Volt.
La funzione del diodo D1 è quella di proteggere il transistore dalla presenza di una elevata sovratensione , generata
dall’induttanza del relè e presente tra il suo collettore ed emettitore ( VCE ) nell’istante della commutazione
saturazione → interdizione
Un diodo led segnala con la sua accensione ,l’attivazione del relè.
Applicazione:
Programmando una temperatura di riferimento ( regolazione del trimmer R5 ), questo circuito potrebbe essere
utilizzato per attivare un carico ( ad esempio una ventola in caso di surriscaldamento di una apparecchiatura ).
Infatti al disotto di una certa temperatura prefissata, il relè non è attivato in quanto V0 è a livello basso (V0L). Superata
questa soglia di temperatura la V0 commuta a livello alto ( V0H ), attivando di conseguenza il relè e i suoi relativi
contatti.
Si ricorda che l’NTC diminuisce il suo valore in ohm all’aumentare della temperatura, di conseguenza la tensione ai
suoi capi diminuisce all’aumentare della temperatura.
VT
Ω
VCC
R3
33k
RC07
NTC
1
VT
RT
NTC
°C
°C
2
t
VT =
3
Vcc
* RT
R3 + RT