СХЕМА ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ

Полезная модель относится к радиоэлектронике, в частности к термостатам, и может быть использована в термостатированных генераторах с пьезоэлектрическими резонаторами.
Для термостатируемых пьезоэлектрических генераторов наряду с пьезоэлектрическим резонатором и конструкцией термостатируемой камеры большое значение имеет применяемая схема термостата, т.к. термостатируемые пьезоэлектрические генераторы должны обеспечивать высокую стабильность частоты, в том числе и в критических условиях эксплуатации, а именно в широком диапазоне рабочих температур: от -60°C до +80°C. К схеме термостатирования в данном случае предъявляют жесткие требования к точности подстройки температуры и времени выхода на рабочий режим.
Известна схема термостатирования из патента US №3838248. Она состоит из термочувствительного моста, операционного усилителя, биполярного транзистора и нагревателя, в роли которого выступает резистор.
Известна также схема термостатирования, описанная в патенте RU №2024045, которая содержит термочувствительный мост, усилитель, нагреватель, потенциометр, операционный усилитель и повторитель напряжения. Данное техническое решение позволяет повысить точность термостатирования, устранив зоны нечувствительности в диапазоне рабочих температур.
Известна также схема термостатирования, описанная в патенте US №6147565, которая состоит из термочувствительного моста, операционного усилителя с отрицательной обратной связью, транзистора и нагревателя.
Однако вышеуказанные технические решения не обеспечивают высокую скорость установления рабочей температуры термостата.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является схема термостатирования в соответствии с патентом US №8026460. Согласно патентному описанию схема содержит нагреватель, в качестве которого использован биполярный транзистор, стабилизатор напряжения, термистор в составе термочувствительного моста, операционный усилитель, транзистор и термодатчик. Напряжение питания, стабилизированное стабилизатором напряжения, поступает на вход операционного усилителя через термистор и резистор. С выхода операционного усилителя требуемое напряжение поступает на базу транзистора и термодатчик. Нагреватель осуществляет нагрев в соответствии с током коллектора транзистора. Термодатчик выдает сигнал внутренней температуры в соответствии с выходным напряжением операционного усилителя. Если температура термостатируемой камеры ниже рабочей, сопротивление термистора увеличивается, увеличивая таким образом разницу напряжений на входах операционного усилителя. Соответственно, выходной ток операционного усилителя растет, повышая ток коллектора транзистора, что приводит к росту тока через нагреватель, увеличивая выделение теплоты. Т.е. в случае, если температура низкая, количество теплоты, выделяемое нагревателем, растет, быстро нагревая термостатируемую камеру. Когда температура термостатируемой камеры становится выше рабочей, сопротивление термистора уменьшается, напряжение на его выходе растет, уменьшая разницу напряжений на входах операционного усилителя. Выходное напряжение операционного усилителя уменьшается, уменьшая ток коллектора и снижая количество тепла, выделяемое нагревателем. Таким образом осуществляется контроль температуры термостатируемой камеры. Данная схема обеспечивает термостатирование пьезоэлектрического генератора с высокой точностью.
Однако, несмотря на все достоинства описанной схемы в ней не предусмотрена минимизация времени установления температуры в термостате.
Задачей заявляемой полезной модели является минимизация времени установления рабочей температуры в термостате.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что в схеме термостатирования, включающей первый и второй транзисторы, первый термистор, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой резисторы, первый конденсатор, диод, стабилизатор напряжения, подключенный к входу питания, и операционный усилитель, с инвертирующим входом которого соединен первый резистор, подключенный к выходу стабилизатора напряжения, и второй резистор, подключенный к общей точке, с неинвертирующим - первый термистор, подключенный к выходу стабилизатора напряжения, и третий резистор, подключенный к общей точке и параллельно которому включен первый конденсатор, в качестве первого и второго транзисторов использованы полевые транзисторы, выход операционного усилителя соединен через четвертый резистор с неинвертирующим входом операционного усилителя и через диод и пятый резистор с затвором первого транзистора и стоком второго транзистора, затвор которого соединен с истоком первого транзистора и через седьмой резистор с выходом стабилизатора напряжения, затвор первого транзистора соединен с шестым резистором, подключенным к общей точке, исток второго транзистора соединен с выходом стабилизатора напряжения и введен второй конденсатор и второй термистор, включенный между истоком и стоком второго транзистора и параллельно с которым соединен второй конденсатор.
Кроме того, заявляется схема термостатирования, в которой наряду с вышеназванными признаками шестой резистор выполнен с перестраиваемым значением сопротивления.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в минимизации времени установления рабочей температуры в термостате. Данный технический результат достигается за счет совместного использования операционного усилителя, подключенного по принципу компаратора, дополнительного термистора и полевых транзисторов. Схема термостата, построенная предлагаемым образом, обеспечивает режим минимизации времени установления рабочей температуры в термостате. Данный режим подразумевает следующие этапы: повышение температуры первого выключения нагревателя, инерционный прогрев конструкции генератора, ее остывание до рабочей температуры и последующая автоматическая стабилизация температуры [Ингберман М., и др. Термостатирование в технике связи. М.: Связь. 1979. с: 60-63]. Дополнительно заявляемая схема термостата обеспечивает высокую точность автоподстройки температуры в зависимости от изменяющейся температуры окружающей среды термостата.
Заявляемая полезная модель поясняется с помощью Фиг.1-2, на которых изображено:
на Фиг.1 - схема термостатирования;
на Фиг.2 - график зависимости температуры термостата от времени.
На Фиг.1 позициями 1-16 обозначены:
1 - первый резистор;
2 - второй резистор;
3 - третий резистор;
4 - первый термистор;
5 - операционный усилитель;
6 - стабилизатор напряжения;
7 - первый полевой транзистор;
8 - второй полевой транзистор;
9 - второй термистор;
10 - четвертый резистор;
11 - пятый резистор;
12 - шестой резистор;
13 - седьмой резистор;
14 - первый конденсатор;
15 - второй конденсатор;
16 - диод.
Термостат состоит из первого 1, второго 2 и третьего 3 резисторов и первого термистора 4, образующих термочувствительный мост, операционного усилителя 5, стабилизатора напряжения 6, первого 7 и второго 8 полевых транзисторов, второго термистора 9, четвертого 10, пятого 11, шестого 12, седьмого 13 резисторов, первого 14 и второго 15 конденсаторов и диода 16. С инвертирующим входом операционного усилителя 5 соединен первый резистор 1, подключенный к выходу стабилизатора напряжения 6, и второй резистор 2, подключенный к общей точке. С неинвертирующим входом операционного усилителя 5 соединен первый термистор 4, подключенный к выходу стабилизатора напряжения 6, и третий резистор 3, подключенный к общей точке. Параллельно третьему резистору 3 включен первый конденсатор 14. Выход операционного усилителя 5 соединен через четвертый резистор 10 с неинвертирующим входом операционного усилителя 5 и через диод 16 и пятый резистор 11 с затвором первого транзистора 7 и стоком второго транзистора 8. Затвор второго транзистора 8 соединен с истоком первого транзистора 7 и через седьмой резистор 13 - с выходом стабилизатора напряжения 6. Затвор первого транзистора 7 соединен с шестым резистором 12, подключенным к общей точке. Исток второго транзистора 8 соединен с выходом стабилизатора напряжения 6. Второй термистор 9 включен между истоком и стоком второго транзистора 8. Второй конденсатор включен параллельно второму термистору 10.
Схема термостатирования работает следующим образом.
После включения питания на вход стабилизатора напряжения 6 поступает входное напряжение. В качестве нагревателя использован первый транзистор 7. Седьмой резистор 13 и второй транзистор 8 служат для ограничения тока, проходящего через первый транзистор 7. Нагрев происходит от начальной температуры до температуры, превышающей рабочую на 10-15°C. Этот этап соответствует участку кривой от точки I до точки II в соответствии с графиком зависимости температуры генератора от времени (Фиг.2). Слежение за температурой на данном этапе осуществляет первый термистор 4. При достижении температуры, соответствующей точке II на графике, операционный усилитель 5, который включен по принципу компаратора, срабатывает, и нагрев с помощью первого транзистора 7 прекращается. Пятый резистор 11 ограничивает ток через операционный усилитель 5, а диод 16 не дает возможности операционному усилителю 5 влиять на стабилизацию температуры после срабатывания компаратора, выполненного на базе операционного усилителя 5. Первый конденсатор 14 не дает возможности срабатывать компаратору при включении питания. Второй конденсатор 15 предохраняют схему от самовозбуждения. На участке графика от точки II до точки III происходит инерционный равномерный прогрев всех узлов пьезоэлектрического генератора, для стабилизации температуры которого используют схему термостатирования, с последующим равномерным остыванием всей конструкции генератора до рабочей температуры, соответствующей точки III на графике. Стабилизация температуры генератора в рабочем режиме осуществляется за счет второго термистора 9, являющегося NTC термистором. Четвертый резистор 10, включенный в петлю положительной обратной связи операционного усилителя 5, не позволяет перейти компаратору в начальный уровень после падения температуры до точки III. Шестой резистор 12 является подстроечным и служит для регулировки рабочей температуры термостата.
Таким образом, заявляемая схема позволяет снизить время выхода на рабочий режим до трех раз по сравнению с классической схемой термостатирования.