À l'aide d'un déclencheur de Schmitt, vous pouvez construire un simple ventilateur à température contrôlée qui s'allume et s'éteint à des températures définies, aucun microcontrôleur requis.

Dans divers appareils électroniques tels que les processeurs et les consoles de jeux, vous avez peut-être observé que le processeur a tendance à chauffer lors d'utilisations intensives telles que le jeu ou la simulation, conduisant à la mise en marche du ventilateur ou à l'augmentation de sa vitesse pour dissiper chaleur. Une fois le processeur refroidi, le ventilateur reprend son fonctionnement normal ou s'éteint.

Dans ce guide de bricolage, nous allons construire un simple ventilateur à température contrôlée qui s'allume et s'éteint à des valeurs de température prédéterminées, sans avoir besoin d'un microcontrôleur dans son circuit.

Ce dont vous aurez besoin

Pour construire ce projet, vous aurez besoin des composants suivants, qui peuvent être obtenus dans les magasins d'électronique en ligne.

  • Comparateur IC LM393
    • instagram viewer
  • Capteur de température LM35
  • Amplificateur opérationnel LM741
  • Circuit intégré de transistor à paire Darlington ULN2003
  • Ventilateur CC
  • Quelques résistances
  • Régulateur de tension LM7805
  • Fils de connexion
  • Veroboard
  • Multimètre digital
  • batterie 12V
  • Station de soudure (facultatif: vous pouvez également construire ce projet sur une planche à pain)

Le problème: Commutation rapide continue du ventilateur CC

Pour cette tâche de bricolage, nous voulons que le ventilateur s'allume lorsque le capteur de température détecte une température de 38 °C (100 °F) ou plus, et s'éteigne lorsque la température tombe en dessous de ce seuil. Les capteurs de température fournissent au circuit la tension de sortie qui peut être utilisée pour contrôler le ventilateur. Nous avons besoin d'un circuit comparateur de tension utilisant un LM393 pour comparer cette sortie de tension avec une tension de référence.

Pour améliorer la sortie de tension du capteur de température, nous utilisons un LM741 opérationnel non inverseur amplificateur pour élever cette tension, qui peut être comparée à une référence de tension stable fournie par la tension régulateur. De plus, nous utilisons un LM7805 comme régulateur de tension 5V DC.

On observe que lorsque la température approche de 38 °C, la sortie du circuit commence à basculer de manière répétée entre les étapes marche et arrêt en raison du bruit sur le signal. Cette gigue ou cette commutation rapide peut se produire à moins que la température ne soit bien supérieure à 38°C ou bien inférieure à 38°C. Cette commutation continue provoque la circulation d'un courant élevé dans le ventilateur et le circuit électronique, entraînant une surchauffe ou des dommages à ces composants.

Schmitt Trigger: une solution à ce problème

Pour résoudre ce problème, nous utilisons le concept de trigger de Schmitt. Cela implique l'application d'une rétroaction positive sur l'entrée non inverseuse d'un circuit comparateur qui permet au circuit de basculer entre logique haute et logique basse à différents niveaux de tension. En utilisant ce schéma, il est possible d'éviter de nombreuses erreurs causées par le bruit tout en assurant une commutation transparente, car la commutation vers les niveaux logiques haut et bas se produit à différents niveaux de tension.

Le ventilateur amélioré à température contrôlée: comment ça marche

La conception fonctionne selon une approche intégrée, dans laquelle les données du capteur donnent le niveau de tension de sortie, qui est utilisé par d'autres éléments du circuit. Nous discuterons des schémas de circuit dans l'ordre pour vous donner un aperçu du fonctionnement du circuit.

Capteur de température (LM35)

Le LM35 est un circuit intégré pour détecter la température ambiante et donne une tension de sortie proportionnelle à la température sur l'échelle Celsius. Nous utilisons le LM35 dans un emballage TO-92. Nominalement, il peut mesurer avec précision la température entre 0° et 100°C, avec une précision inférieure à 1°C.

Il peut être alimenté à l'aide d'une alimentation 4V à 30V DC et consomme un très faible courant de 0,06mA. Cela signifie qu'il a un très faible auto-échauffement en raison d'une faible consommation de courant, et la seule chaleur (température) qu'il détecte est celle de son environnement.

La sortie de température Celsius du LM35 est donnée par rapport à une fonction de transfert linéaire simple :

…où:

• VOUT est la tension de sortie du LM35 en millivolts (mV).

• T est la température en °C.

Par exemple, si le capteur LM35 détecte une température d'environ 30 °C, la sortie du capteur serait d'environ 300 mV ou 0,3 V. Tu peux mesurer la tension à l'aide d'un multimètre numérique. Nous utilisons le LM35 dans une sonde étanche tubulaire dans ce projet de bricolage; cependant, il peut être utilisé sans sonde tubulaire, comme un circuit intégré.

Amplificateur de gain de tension utilisant LM741

La tension de sortie du capteur de température est en millivolts et nécessite donc une amplification pour supprimer l'effet du bruit sur le signal et également pour améliorer la qualité du signal. L'amplification de tension nous aide à utiliser cette valeur pour une comparaison ultérieure avec une tension de référence stable, à l'aide d'un amplificateur opérationnel LM741. Ici, le LM741 est utilisé comme amplificateur de tension non inverseur.

Pour ce circuit, nous amplifions la sortie du capteur par un facteur de 13. Le LM741 fonctionne dans une configuration d'ampli op non inverseur. La fonction de transfert pour l'ampli op non inverseur devient :

Nous prenons donc R1 = 1kΩ et R2 = 12kΩ.

Comparateur de commutateur électronique (LM393)

Comme mentionné ci-dessus, pour une commutation électronique sans problème, un déclencheur de Schmitt peut être mis en œuvre. À cette fin, nous utilisons un circuit intégré LM393 comme déclencheur de Schmitt de comparateur de tension. Nous utilisons une tension de référence de 5V pour inverser l'entrée du LM393. Une référence de tension de 5 V est atteinte à l'aide du circuit intégré de régulateur de tension LM7805. Le LM7805 fonctionne à l'aide d'une alimentation 12V ou d'une batterie, et il produit un courant continu constant de 5V.

L'autre entrée du LM393 est connectée à la sortie du circuit d'ampli op non inverseur, qui est décrit dans la section ci-dessus. De cette manière, la valeur amplifiée du capteur peut maintenant être comparée à la tension de référence à l'aide du LM393. La rétroaction positive est mise en œuvre sur le comparateur LM393 pour l'effet de déclenchement de Schmitt. La sortie du LM393 est maintenue active au niveau haut et le diviseur de tension (réseau de résistances représenté en vert dans le schéma ci-dessous) est utilisé en sortie pour réduire la sortie (haute) du LM393 à 5 à 6V.

Nous utilisons la loi actuelle de Kirchoff sur des broches non inverseuses pour analyser le comportement du circuit et les valeurs de résistance optimales. (Cependant, sa discussion dépasse le cadre de cet article.)

Nous avons conçu le réseau de résistances de sorte que lorsque la température est augmentée à 39,5 °C et plus, le LM393 passe à un état haut. En raison de l'effet de déclenchement de Schmitt, il reste élevé même si la température descend juste en dessous de 38°C. Cependant, le comparateur LM393 peut émettre un niveau logique bas lorsque la température tombe en dessous de 37°C.

Gain de courant à l'aide de transistors à paires Darlington

La sortie du LM393 bascule maintenant entre logique basse et haute, selon les exigences du circuit. Cependant, le courant de sortie (20mA max sans configuration haute active) du comparateur LM393 est assez faible et ne peut pas piloter un ventilateur. Pour résoudre ce problème, nous utilisons des transistors à paire Darlington IC ULN2003 pour piloter le ventilateur.

L'ULN2003 se compose de sept paires de transistors à émetteur commun à collecteur ouvert. Chaque paire peut transporter un courant collecteur-émetteur de 380mA. Sur la base des besoins en courant du ventilateur CC, plusieurs paires Darlington peuvent être utilisées dans une configuration parallèle pour augmenter la capacité de courant maximale. L'entrée de l'ULN2003 est connectée au comparateur LM393 et ​​les broches de sortie sont connectées à la borne négative du ventilateur CC. L'autre borne du ventilateur est connectée à une batterie 12V.

Les éléments du circuit, à l'exception du ventilateur et de la batterie, sont intégrés sur la Veroboard par soudure.

Mettre tous ensemble

Le schéma de principe complet du ventilateur à température contrôlée est le suivant. Tous les circuits intégrés sont alimentés par une batterie 12V DC. Il est également important de noter que toutes les masses doivent être communes à la borne négative de la batterie.

Tester le circuit

Pour tester ce circuit, vous pouvez utiliser un radiateur d'ambiance comme source d'air chaud. Placez la sonde du capteur de température à proximité du radiateur afin qu'elle puisse détecter la température chaude. Après quelques instants, vous constaterez une augmentation de la température sur la sortie du capteur. Lorsque la température dépasse le seuil défini de 39,5°C, le ventilateur se met en marche.

Éteignez maintenant le chauffage de la pièce et laissez le circuit refroidir. Une fois que la température descend en dessous de 37°C, vous verrez que le ventilateur s'éteindra.

Choisissez votre propre seuil de température pour un ventilateur de commutation

Les circuits de ventilation à commutation à température contrôlée sont couramment utilisés dans de nombreux appareils et gadgets électroniques et électriques. Vous pouvez sélectionner vos propres valeurs de température pour allumer et éteindre le ventilateur en choisissant la valeur appropriée des résistances dans les schémas du circuit comparateur à déclenchement de Schmitt. Un concept similaire peut être utilisé pour concevoir un ventilateur à température contrôlée avec des vitesses de commutation variables, c'est-à-dire rapides et lentes.