A mérőkör működése

Az LM35 kimenetén a hőmérséklettel arányos (10mV / °C) feszültség mérhető. A kiválasztott érzékelő kimenete az IC2A műveleti erősítőre valamint az ULM35 pontra kerül. Az erősítő kimenetén a felerősített jel a UTEMP ponton mérhető. A továbbiakban az erősítő erősítését Au -val jelőljük. A felerősített jel az IC2B -vel felépített differenciál erősítőre kerül, aminek a másik bemenete az UREF ponton mérhető referencia feszültség. A differenciál erősítő a visszacsatolást a kimenetére kötött NPN tranzisztor emitter ellenállásról kapja. Amíg az erősítő a lineáris üzemi tartományában van, a két bemenete között mindig 0V feszültség különbséget tart a kimeneti feszültségének változtatásával. Továbbá a bemenetei elegendően nagy impedanciások ahhoz, hogy elhanyagolhassuk az áramukat.

azaz

Jobban olvasható kép a táblázatokra kattintva érhető el.

A táblázat az alábbi pontokon adja meg a feszültség értékeket a hőmérséklet, a referencia feszültség, a negatív segédfeszültség és az emitter ellenállás (Re) függvényében:

ULm35: a kiválasztott érzékelő kimenete, Utemp: az IC2A erősítő kimenete, U+: az IC2B műveleti erősítő + bemenete, U-: IC2B műveleti erősítő - bemenete, Uref: a referencia feszültség, Ue: a tranzisztor emitterén mérhető feszültség, Vneg: a negatív segédfeszültség. Mivel az eredeti kapcsoláson a tranzisztor emitter ellenállása az érzékelők földpontjára van kötve, a negatív segédfeszültség 0V.

A táblázatból leolvashatjuk a tranzisztor emitteráramát (Ie), ami egyben a cső árama is, az adatlap szerint 0 .. 4mA közötti lehet. A táblázat felső fele a külső, az alsó fele a belső érzékelő beállításait tartalmazza. A hőmérséklet tartomány kiszélesítésének legnagyobb akadálya, hogy 0 mA emitter áram mellett a differenciál erősítőben levő műveleti erősítő + bemenetén a referencia feszültség fele jelenik meg, ami az alkalmazott TL431 esetén minimum 2.5V.

A módosítások:

- Ha már a műveleti erősítőknek elő kell állítani egy negatív segédfeszültséget a helyes működéséhez, használjuk fel a hőmérséklet tartomány növelésére. A differenciál erősítő kimenetére csatlakozó MJE340 tranzisztor emitter ellenállását kössük át a műveleti erősítő -2.5V -os negatív tápjára. A módosítás egyben kiküszöböli a Veb0 3V -os korlátjából származó problémát is, az erősítő nem tud a negatív tápjánál negatívabb feszültséget kiadni.

Az egyik célunkat elértük, a hőmérséklet tartomány az alacsonyabb értékek felé tolódott el. Egy téli napon az érzékelők felcserélésével már jól is működne a hőmérő. A tartomány ezek után a referencia feszültség (Vref), a feszültség erősítési tényező, az emitter ellenállás és a negatív segédfeszültség értékével állítható.

Most már a hőmérsékleti tartományok elég tágak az itthoni viszonyokhoz is. A külső hőmérséklet -10 fokos határa a referenca feszültség további csökkentésével vihető lefelé: Uref = 2.5V nál -20 fok lesz, ekkor a skála maximális hőmérsékleti értéke +60 fok lesz. A 10 cm  hasznos hosszal rendelkező csövön a 80 fok átfogás még látható (1.25 mm/°C). A belső hőmérséklet tartomány esetén 1°C változás 2.5 mm -es változásnak fog megfelelni.

Összefoglalva:

A kapcsolást öt helyen kellett módosítani.

- A tápegységnél az IRFD220 DIP4 tokozású MosFet helyett IRF630 vagy IRF730 TO220 tokozásút használtunk fel, emiatt a nyomtatást át kellett tervezni.

A méréstartomány kiszélesítése érdekében történtek a további beavatkozások.

- A negatív segédfeszültséget állítsuk be -3.50V -ra. TL431 estén két ellenállással megoldható. A műveleti erősítőt nem zavarja a változtatás.

- Az MJE340 tranzisztor emitter ellenállását 1k00 értékűre válasszuk és kössük a negatív segédfeszültségre.

- Az erősítést a külső érzékelőnél ötszörösre, a belsőnél tízszeresre állítsuk. Csak ellenállás értékek változnak, az áramkör nem módosul.

- A referencia feszültséget külső érzékelőnél 3.00V -ra illetve belsőnél 4.00V -ra kell állítanunk. Ez az állítás ellentétes az eredeti áramkörnél alkalmazott megoldással, ott a külső érzékelőnél használtak magasabb referencia feszültséget.

- A National Semiconductor LM35 adatlapján szerepel, hogy a teljes hőmérséklet tartomány kihasználásához egy negatív segédtáp felé folyó 50uA áramra van szükség, melyet az R27, R28, TR6 elemekkel állíthatunk be.

Továbbá az USB csatlakozó helyére normál tápegység csatlakozót terveztünk, így a készülék egy 5..10V közötti DC kimenetű dugasztáppal is üzemeltethető. Továbbra is lehet USB csatlakozóról is táplálni, de egy kábelt kell venni vagy készíteni hozzá. A tápegység aljzat méreteit igazítsuk a tápegységünkhöz vagy az USB átalakító kábelhez.