Регулятор температуры

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ ОПУБЛИ Зсю С 05 Р. 23/19 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ я(56) 1. Патент США % 3031855,кл. 62-3, опублик. 1962,2. Патент США Ж 3229217,кл. 330-18, опублик. 1966,3, Авторское сЫщетельство СССРЖ 710032, кл. Я 05 0 23/19, 1980(54) (57) РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ,ссцержаший термоэлектрическую батарею,цатчик и эацатчик температуры, соециненные с базой первого транзистора р-птипа, коллектор .которого соепинен с отрицательным полюсом источника питаниячерез резистор, второй транзистор и-р-итипа, коллектор которого соецинен с базой третьего транзистора р-и-р типаи через резистор - е положительнымполюсом источника питания, причем эмитер третьего транзистора соепинен с положительным полюсом источника питания,а коллектор - с аноцом первого циоца,четвертый транзистор п-р-п типа, эмиттер которого соепинен с отрицательнымполюсом источника питания, пттый ишестой транзисторы р-и-р типа, сецьмойи восьмой транзисторы и-р-н типа ипервый пиоп, о г л и ч а ю ш и й с ятем, что, с целью повышения нацежностии экономичности регулятора, в него ввецены целитель напряжения источника пи. тания на пвух реэисгорах, выхоц котоГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ рого соединен с эмиттерами первого ивторого транзисторов, певятый транзистор и-р-п типа и цесятый транзисторр-п-р типа, причем база четвертого транзистора соепинена с коллектором первого. транзистора, а оллектор четвертоготранзистора -. с катоцом второго пиона,аноц которого соецинен с базой пятоготранзистора, эмиттер которого соециненс опиям вывопом термоэлектрическойбатареи, с эмиттером сельмого транзистора, а коллектор - с коллекторомшестого транзистора, эмиттером цевятоготранзистора и отринагельным полюсомисточника питания, эмиттер шестогор транзистора соецинен с эмиттером восьмого транзистора и пругим вывсщомтермоэлектрической батареи, коллектор восьмого транзистора - с оллектором сецьмого транзистора и положительным полюсом источника питания,база певятого транзистора соеаиненат- через резисторы с анопом первого циьаа, катон которого связан с базой сецьмого транзистора и с отрицательным полюсом источника питания, а коллекторс базой шестого транзистора и черезрезистор - с его эмиттером, база цесятого транзистора соецинена через резисторы с катопом второго писца и с положительным полюсом источника питания,эмиттер песятого транзистора соеаиненс положительным полюсом источника пи- .тания, а коллектор - с базой восьмоготранзистора и через резистор - с эмягте,- ром шестого транзистора, 1 10561Изобретениеотносится к устройствамтерморегулирования и может быть использовано цля автоматического регулирования температуры посредством термоэлектрических элементов, например, длястабилизации температуры элементоврадиоэлектронной аппара гуры (РЭА ),В электронной технике параметры ряда элементов РЭА критичны к окружаюшейтемпературе, При работе в широком интервале окружаюших температур необхоцима принуди гельная стабилизация ихтсмпера гуры. Применение термоэлектрических батарей с электронными регуляторами цля управления ими позволяет получать малогабаритные, экономичные,высоконадежные прецизионные регуляторы температуры, обеспечпваюшие стабильную работу РЭА в широком интервале окружающих температур, 20Извес гио устройство цля управлениятемпературой. посрецством термоэлектрической батареи, соцержашее датчик и зацатчик температуры, двухканальный усилитель постоянного тока (УПТ) на восьми транзйсторах и переключающее усройства на восьми транзисторах и двухдиоцах, управляемое по двум входам,При этом величина тока через термоэлектрическую батарею зависит от величинырассогласования датчика и зацагчикатемпературы, направление тока зависитот характера их рассогласования (большеили меньше сопротивление цатчика температуры, чем зацатчик), это опрецеляеткакой из каналов УПТ открыт и на какойиэ входов переключающего устройства.подается открывающее вход напряжение.Внутренняя схема переключаюшего устройства обеспечиваег подключение термо 40батареи к полюсам источника питания через ту или цругую открытую пару тран-эисгоров мостовой части схемы.Известное устройство управления .температурой обеспечивает стабилизацию тем О45пературы на уровне 25 С с точностью+ 1 С в диапазоне окружаюших темпера-отур 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 диапазон опрецеоляется устойчивостью к температурным воэцейсгвиям, применяемых в регуляторах полупроводниковых элементов ( 1 , 55Недостатками устройства являются низкая его надежность, опрецеляемая в основном большим количеством элементов(цо 70, в том числе 16 транзисторов идва диода), недостаточная точность стабилизации температуры и ограниченностьобласти его использования, в частности,цля борговых и носимых устройств, таккак цля функционирования аналогу тре- .буе гся три отдельных источника питания,что не всегда возможно реализовать,Известен дифференциальный усилительс Н-обраэным выходным каскадом и мертвой зоной, исключающей ток холостого хоца, представляющий собой цвухканальный цифференциальный усилитель, в котором пара выходов первого канала, выполненного в вице дифференциального усилителя, соединена с первой парой баз транзисторов Н цепи, а другой канал является симметричной копией первого, толькоодин из выходов дифференциального усилителя соединен с выходом целителя выходного напряжения усилителя. (. 2 .Однако такой усилитель не можетбыть использован в качестве регуляторатемпературы, так как имеет лишь по одному усилительному каскаду, что ведетк необхоцимости умножения числаэлементов, а значит к усложнению схемыи снижению его надежности.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является регуля гор температуры, содержащийдатчик температуры, соединенный с вхоцом преобразователя, включающего зацатчик темперагуры, цва выхода которогосвязаны с входами переключающего устройства, на выходе которого включенатермоэлектрическая батарея. Данный регулятор обеспечивает более высокую точность сгабилизации температуры, болеенадежен, так как содержит по описанию исхеме восемь транзисторов, один диод и15 других элементов, и область егоиспользования может быть шире, таккак устройство функционируег ог одногоисточника питания 3Однако указанный регулятор температуры имеет низкую нацежность, вызванную воэможностью возникновения режима"короткого замыкания" в переключающемустройстве регулятора температуры, атакже низкую экономичность, вызваннуювысоким отношением мошности, необхоцимой цля его функционирования, к полезной мощности, потребляемой термоэлектрической батареей, что также ограничивает область его применения,Белью изобретения является повышениенадежности и экономичности устройства.3 1056141Поставленная цель аостигается тем, -1 ичто в регулятор температуры, содержащий нтермоэлектрическую батарею, патчик изадвтчик температуры,соединенные с базойпервого транзистора р-п-р типа, коллекторкоторого соединен с отрицательным полюсомисточника питания через резистор, второйтранзистор п-р-и типа, коллектор которого гсоединен с базой третьего транзистора зр-и-р типа и через резистор - с положи дтельным полюсом источника питания, при- ччем эмиттер третьего транзистора соеаи- инен с положительным полюсом источника спитания, а коллектор - с анодом первого таиоаа, четвертый транзистор и-р-п типа; 15 нэмиттер которого соеаинен с отрицателным полюсом источника питания, пятый пи шестой транзисторы р-п-р типа, сеаь 1 мой и восьмой транзисторы и-р-п типачи первый аиоа, ввеаены делитель напря пжения исгочника питания нв двух резис- тторах, выход которого соединен с амит- этерами первого и второго транзистороиг, т.девятый транзистор п-р-и типа и десятыйтранзистор р-и-р типа, причем база чет лвергого транзистора соединена с кол- алектором первого 1 ранзистора, а коллек- лтор четвертого транзистора - с катодом свторого диода, анод которого соеаинен с , абазой пятого транзистора, эмитгер ко-.З сторого соеаинен с одним выводом термз- иэлектрической батареи и эмиттером сседьмого транзистора, а коллектор - с тколлектором шестого транзистора, эмит- нтером девятого транзистора и отрица- стельным полюсом источника питания,35иэмиттер шестого транзистора соеаинен с аэмиттером восьмого транзистора и ару-пгим выводом термоэлектрической батареи, рколлектор восьмого транзисгора - с кол- и40лектором сеаьмого транзистора и положи- этельным полюсом источника питания, базааеватого транзисторв,соединена через ре- сзисторы с анодом первого аиопа, катоа ко- оторого связан с базой седьмого транзис 45тора и с отрицательным полюсом источ- тника питания, в коллектор - с базой шесто- тго транзистора и через резистор - сэмиттером, база десятого транзистора со- аединена через резисторы с катодом второго ждиода и с положительным полюсом источ- ч50ника питания, эмиттер десятого транзисго- срв соеаинен с положительным полюсом3источника питания,а коллектор - с базой евосьмого транзистора и через резисторс эмиттером шестого транзистора,55 и На фиг. 1 приведена электрическаяпринципиальная схема регулятора тем 4ературы, на фиг. 2 - 4 - принципиальая схема варивнгов ее выполнения,Устройство содержит датчик 1 темпервгуры, соединенный с входом преобразователя 2, включвюшего зваатчик 3 температуры, соединенный с входом преобразователя 2 и с базами первого 4 и второо 5 транзисторов, причем первый трвн 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 оеаинен с эмиттером второго трвнзисора 5 и с выходом 9 аелителя напряжеия источника питания на первом 10 и втором 11 резисторах, второй транзистор 5 -р-и типа, соединенный 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, соединен коллектором с пеовым выхоаом 15 преобразоввтея четвертый транзистор 6 и-р-и типа, соеиненный эмиттером с отрицвгельным поюсом источника 8 питания, коллекторомвторым выходом 16 преобразователяпервый и второй выходы последнего оепинены с соответствующими входами 1718 переключаюшего устройства 19, в остав которого входит девятый транэисор 20 п-р-п типа, база которого соеаинеа с вхоаом 17 переключающего устройтва через пятый резистор 21 и аноа ервого аиоаа 22, катоа последнего соеинен с базой сеаьмого транзистора 23 и евчтый резистор 24 - с его же эмиттеом, база девятого транэисгорв 20 соеинена через шестой резистор 25 с его миттером и отрицательным полюсом источника питания 8, коллектор соеаиненбазой шестого транзистора 26 и через аиннаацвтый резистор 27 с его же эмиттером, с вторым входом 18 соединен каоп второго диода 28 и база десятого рвнзистора 29 р-и-р типа через седьмой резистор 30, его база, кроме того, соеинена с собственным эмигтером и полоительным полюсом источника 14 питания ерез восьмой резистор 31, а коллектор оеаинен с базой восьмого транзистора 2 и через двенадцатый резистор 33 с го эмиттером, аноа второго анода сое инеи с базой пятого транзистора 34через десятый резистор 35 с его же эмиттером, коллекторы сеаьмого 23 и восьмого 32 транзисторов и-р-и соединены с положительным полюсом источника 41056141 5питания, а коллекторы пятого 34 и восьмого 32 транзисторов соединены с первымвыходом 36 переключающего устройства,а эмиттеры пятого 34 и сецьмого 23 - свторым 37 выхоцом переключающего устройства, к выхоцам 36 и 37 подключенатермоэлектрическая батарея 38,На фиг. 2 приведен вариант выполнения переключающего устройства 19, вкотором пары транзисторов 20, 26 и 29, 1032, образующих составные транзисторыс. большим коэффициентом перецачи, заменены на транзисторы 39 и 40, выполненные по схеме Дарлингтона в одном корпусе, В нанном варианте также отпала необхоцимость в использовании резисторов 27 и 33.На фиг. 3 приведен вариант выполнения переключающего устройства 19, вкотором транзисторы р-п-.р типа 34 и 26 20заменены транзисторами и-р-п типа 41и 42, при этом резистор 35 включаетсямежду отрицательным полюсом источника,питания и,базой транзистора 41.В цан ом варианте добавляется связь 25между выхоцом 43, к которому подключается эмиттер транзистора 6 преоразователя, и входом 44 переключающегоустройства, к которому подключаетсябаза транзистора 41. ЗОНа фиг. 4 приведен вариант выполнения передаточного устройства 19, в котором триггеры и р-п типа 23 и 32 замеиены на транзисторы р-п-р типа 45 и 46,при этом резисгор 24 включается межцубазой транзистора 45 и положительнымполюсом источника питания, Б нанномварианте добавляется связь межцу выходом 47 преобразователя, к которому подключается эмиттер транзистора, и вхоцом 48 переключающего устройства, ккоторому подключается база транзистора 45.Регулятор температуры работает следующим образом.45 Когца температура регулируемого обьекта равна заданной, то потенциал баз первого 4 и второго 5 транзисторов равен потенциалу их эмиттеров и транзисторы будут вследствие этого закрыты, закры 50 тым буцет также и третий 12 и четвертый 6 транзисторы преобразователя 2, так как их базы соединены базовыми резисторами 13 и 7 со своими эмитте 5" рами, а от других,потенциалов они изоли рованы большим сопротивлением закрытых коллекторно-эмиттерных перехоцов соответственно второго 5 и первого 4 транзисторов. Закрытым буцет также и девятый транзистор 20 переключаюшего устройства 19, так как его база будет иметь потенциал эмигтера, а от других 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 будет 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 будет и восьмой транзистор 32 (аналогично шестому 26) потенциалы баз пятого 34 иседьмого 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 пион 22 и четвертый транзистор 6, от положительного - второй циоц 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 от источника питания не буцег. Потреблять энергию будут лишь цепь датчика 1 и занатчика 3 температуры (ениницы миллиампер) и целитель ,напряжения на первом 10 и втором 11 резисторах - 10-200 м.Когда температура объекта буает выше заданной, то второй транзистор 5 преобразователя 2 откроется, а первый 4 остается закрытым, так как 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 завычетом пацения напряжения на открытом третьем транзисторе 12 преобразовате ля 2, состояние четрготого транзистора 6 не изменяется, он о;,ется закрытым Положительный потенциал с первого вхоаа 17 переключающего устройства 19 появится на базе сецьмого транзистора 23 через первый пиоц 22, пропускающий только положительный потенциал к базе сеаьмого транзистора 23, этот потен циал на вхопе откроет и аевятый транзистор 20, поступит на базу шестого транзистора 26 и откроет его, через открытый шестой транзистор 26 потенциал отрицательного полюса источника 8 15 питания поступит на первый выхоц 36 переключающего устройства, а на второй выход 37 поступит потенциал положительного полюса источника 14 питания через открытый сеаьмой транзистор 23 и через батарею 38, поцключенную к выхоцам переключающего устройства 36 и 37, потечет ток, который охлацит объект, величина тока зависит от величины рассогласования цатчика 1 и запатчика 3 тем пературы и опрецеляется величиной провоцимости открытых транзисторов, При уменьшении рассогласования датчика и зацатчика температуры уменьшается и провоцимость транзисторов и величина тока багареи уменьшится.Когпа температура объекта ниже за- )цанной, то второй транзистор 5 преобразователя закроется, а первый 4 откроется, так как потенциал баэ станет более отрицательным, чем потенциал их эмиттеров. Третий транзистор 12 закро;- ется, так как потенциал его базы буцет таким же, как и эмиттера, а четвертыйтранзистор 12 откроется, так как на его базе буает потенциал, равный потенциалу выхоца 9 целителя напряжения и на втором вхоце 18 переключающего устройства 19 бупет потенциал отрицательного полюса источника 8 питания с добавкой45 пацения напряжения на открытом транзисторе 6, Потенциал на первом 17 вхоце буцет близок к потенциалу отрицательного подвел. источника 8 питания, с второго вхоца 18 поступит через второй аиоц50 28 на базу пятого транзистора 34 и откроет его, и через сецьм. резистор 30 поступит на базу цесятого транзистора 29 и откроет его, при этом потенциал положительного полюса источника 14 питания, через открытый песятый тран- -зис гор 29 поступит на базу восьмо 1056141 8го транзистора 32 и откроет его, Такимобразом на первом выхоае 36 переключающего устройства окажется потенциалположительного полюса источника 1 4 питания, через открытый аеся тый транзистор 29 поступит на базу восьмоготранзистора 32 и откроет его. Таким образом, на первом выхоце 36 переключающего устройства окажется потенциал положительного полюса источника 1 4 питаниячерез открытый восьмой транзистор 32,а на втором выхопе 37 - потенциал отрицательного полюса источника 8 питаниячерез открытый пятый транзистор 34,и через термоэлектрическую батарею 38потечет ток, попогреваюший объект аоэааанной температуры, Транзисторы, неупомянутые среци открытых, обязательнои нацежно закрыты закрывающими ихпотенциалами на базах.Работа регулятора при выполненииего переключающего устройства согласновариантам схем, привепенным на фиг, 24 аналогична описанной работе регулято. ра по основному варианту и не требуетспециального пояснения. Опнако слецуетотметить, чго выполнение регуляторапо схеме фиг. 2 повышает его нацежностьза счет высокой напежности транзистораДарлингтона.Таким образом, выхопная функциярегулятора температуры остается такойже как и в известном устройстве, нопостигается более высокая функциональная напежность за счет исключения возможности самопроизвольного откры гиятранзистора переключающего устройствав состоянии равновесия и реверса токачерез термоэлектрическую батарею 38,т.е, возникновения аварийной ситуации.Достигается также и более высокаяэкономичность, чем в известном устройстве, за счет исключения потерь на цепизакрывания пятого 34 и шестого 26 транзис горов переключающего устройства 19исключением этой цепи и исключением потерь на резисторах связи баэ сецьмого23 и восьмого транзисторов 32 с выхопами 36 и 37 переключающего устройстваза счет их исключения и пругого схемного решения регулятора температуры,Кроме того, возможно расширение области применения устройства за счетповышенной экономичности регуляторатемпературы и возможности его цспльэования в устройствах с ограниченнымиэнергетическими возможностями.10563 41 Составитель Г. КрейманБицика Техрец И.Метелева Корректор О. Била цак обретений и о Ж, Раушс Филиал ППП "Патент",г. Ужгороц ая,аказ 9304/40ВНИИПИ Госупо аелам113035, Иоскв Тираж 874а рственного Поцписноемитета СССРкрытийкая наб ц. 4/5