Электроника для начинающих

Резисторы – это компоненты, величина сопротивления которых зависит от многих факторов, включая температуру. Как правило, влияние температуры нежелательно, но были созданы элементы, значительно зависящиеот этого параметра, с целью использования их в качестве датчиков. Возвращаясь к гидравлической модели, мы могли бы представить терморезистор как специальную трубу, которая способна сужаться или расширяться в зависимости от температуры.

Рис. 2.22. Терморезистор, его символ и график, показывающий зависимость между температурой и сопротивлением

Терморезисторы – это резисторы, изготовленные из материалов, удельное сопротивление которых зависит линейным образом от температуры: с каждым градусом сопротивление изменяется на постоянную величину. В природе существуют материалы, которые увеличивают сопротивление с повышением температуры, как и другие материалы, сопротивление которых уменьшается.

В продаже мы можем найти два типа терморезисторов:

• ОТК (отрицательный температурный коэффициент) – с ростом температуры их сопротивление понижается;

• ПТК (положительный температурный коэффициент) – с ростом температуры их сопротивление возрастает.

Терморезисторы имеют значение «в состоянии покоя», которое измеряется при стандартной температуре (обычно около 20 °C) и соответствует нескольким десяткам килоом.

Конструируя делитель напряжения с терморезистором и привычным сопротивлением, мы можем измерить температуру путем считывания падения напряжения на терморезисторе. Напряжение не будет равно данной температуре, но будет иметь пропорциональное значение.

Рис. 2.23. Для измерения температуры подсоединим терморезистор к резистору со значением 10 кОм

Делитель напряжения, подключенный к источнику питания 5 В, образован с помощью терморезистора в 10 кОм и резистора в 10 кОм, при 20 °C на терморезисторе мы можем измерить 4,5 В. С изменением температуры сопротивление терморезистора будет меняться и, следовательно, будет изменяться сопротивление, общий ток в цепи, а также падение напряжения. Терморезисторы не дают точных измерений.

Для точного измерения температуры лучше использовать специализированный компонент, например датчик температуры LM35. Внешним видом этот компонент напоминает транзистор, то есть небольшой пластмассовый цилиндр с тремя выводами. Внутри он содержит сложную интегральную схему, которая измеряет температуру окружающей среды и дает очень точные и стабильные показания.

Рис. 2.24. Датчик температуры LM35

Датчик имеет два контакта, которые используются для подачи питания (можно подключить напряжение от 4 до 20 В), а третий обеспечивает измерение температуры с шагом 0,1 В. Если на выходе мы снимем 2,5 В, то это означает, что температура составляет ровно 24 °C: полученный сигнал не зависит от напряжения питания (но напряжение питания должно быть достаточным).

Увеличение температуры на одну десятую градуса производит увеличение доли напряжения на выходе. Это увеличение всегда постоянное.

Фоторезисторы

Также как некоторые резистивные материалы чувствительны к изменениям температуры, другие чувствительны к изменению света. Существуют материалы, электрические свойства которых меняются при воздействии света, например, они могут изменять свое сопротивление. Фоторезисторы изготовлены из специальных материалов, и когда на них падает свет (то есть фотоны), то сопротивление материала изменяется. Изменение не совсем линейное, но существует связь между количеством света, попадающего на компонент, и значением сопротивления. Когда компонент находится в полной темноте, его сопротивление может иметь значения в несколько МОм. Водная аналогия подобна той, что мы рассматривали для терморезистора: фоторезистор – это специальная труба, способная изменять свое сечение, если подвержена свету.

Рис. 2.25. Фоторезистор, его символ и график, показывающий его поведение при разных уровнях освещения

Для использования фоторезистора нам также нужно создать делитель напряжения, в который мы вставим новый элемент. Выберем сопротивление со значением в несколько кОм. Схема может быть подключена к питанию 5 В, так что в центральной точке мы можем прочитать напряжение, пропорциональное количеству света, который достигает фоторезистора.

В дополнение к фоторезисторам существуют и другие компоненты, такие как фотодиоды и фототранзисторы, способные обнаруживать или измерять количество света. Фотодиод ведет себя как малый генератор тока: фотоны, ударяющиеся об атомы полупроводника, высвобождают свободные электроны и создают небольшой ток (порядка десятка микроампер) на выходе из устройства. Фотодиоды широко используются в области телекоммуникаций, а также могут определять излучения не только видимой области (ультрафиолетового и инфракрасного диапазона).