Menggunakan pemicu Schmitt, Anda dapat membuat kipas pengontrol suhu sederhana yang hidup dan mati pada suhu yang diatur, tidak diperlukan mikrokontroler.

Di berbagai perangkat elektronik seperti CPU dan konsol game, Anda mungkin pernah mengamati bahwa prosesor cenderung memanas selama penggunaan intensif seperti bermain game atau simulasi, menyebabkan kipas menyala atau meningkatkan kecepatannya untuk menghilangkan panas panas. Setelah prosesor mendingin, kipas kembali ke aliran normal atau mati.

Dalam panduan DIY ini, kami akan membuat kipas pengontrol suhu sederhana yang hidup dan mati pada nilai suhu yang telah ditentukan, tanpa memerlukan unit mikrokontroler di sirkuitnya.

Apa yang Anda Butuhkan

Untuk membangun proyek ini, Anda membutuhkan komponen-komponen berikut, yang dapat diperoleh dari toko elektronik online.

  • IC pembanding LM393
  • Sensor suhu LM35
  • Penguat operasional LM741
  • IC transistor pasangan Darlington ULN2003
  • kipas DC
  • Beberapa resistor
  • Pengatur tegangan LM7805
  • Menghubungkan kabel
    • instagram viewer
  • Veroboard
  • Multimeter digital
  • baterai 12V
  • Stasiun solder (Opsional: Anda juga dapat membangun proyek ini di papan tempat memotong roti)

Masalahnya: Pergantian Cepat Kontinyu dari Kipas DC

Untuk tugas DIY ini, kami ingin kipas menyala saat sensor suhu merasakan suhu 38°C (100°F) atau lebih tinggi, dan mati saat suhu turun di bawah ambang batas ini. Sensor suhu menyediakan sirkuit dengan keluaran tegangan yang dapat digunakan untuk mengendalikan kipas. Kita membutuhkan rangkaian pembanding tegangan menggunakan LM393 untuk membandingkan keluaran tegangan ini dengan tegangan referensi.

Untuk meningkatkan output tegangan dari sensor suhu, kami menggunakan operasional non-pembalik LM741 amplifier untuk meningkatkan tegangan ini, yang dapat dibandingkan dengan referensi tegangan stabil yang disediakan oleh tegangan pengatur. Selain itu, kami menggunakan LM7805 sebagai pengatur tegangan 5V DC.

Diamati bahwa ketika suhu mendekati 38°C, output rangkaian mulai beralih berulang kali antara tahap hidup dan mati karena gangguan pada sinyal. Perpindahan cepat atau jitter ini dapat terjadi kecuali jika suhu jauh di atas 38°C atau jauh di bawah 38°C. Pergantian yang terus menerus ini menyebabkan arus tinggi mengalir melalui kipas dan sirkuit elektronik, menyebabkan panas berlebih atau kerusakan pada komponen ini.

Pemicu Schmitt: Solusi untuk Masalah Ini

Untuk mengatasi masalah ini, kami menggunakan konsep pemicu Schmitt. Ini melibatkan penerapan umpan balik positif pada input non-pembalik dari rangkaian komparator yang memungkinkan rangkaian untuk beralih antara logika tinggi dan logika rendah pada level tegangan yang berbeda. Dengan menggunakan skema ini, dimungkinkan untuk mencegah banyak kesalahan yang disebabkan oleh kebisingan sambil memastikan peralihan yang mulus, karena peralihan ke logika tinggi dan rendah terjadi pada level voltase yang berbeda.

Kipas Pengontrol Suhu yang Ditingkatkan: Cara Kerjanya

Desain bekerja dalam pendekatan terintegrasi, di mana data sensor memberikan level tegangan keluaran, yang digunakan oleh elemen rangkaian lainnya. Kami akan membahas skema rangkaian secara berurutan untuk memberi Anda wawasan tentang bagaimana rangkaian beroperasi.

Sensor Suhu (LM35)

LM35 adalah IC untuk merasakan suhu ruangan dan memberikan tegangan keluaran sebanding dengan suhu pada skala Celcius. Kami menggunakan LM35 dalam kemasan TO-92. Secara nominal, alat ini dapat secara akurat mengukur suhu antara 0° hingga 100°C, dengan akurasi kurang dari 1°C.

Itu dapat dinyalakan menggunakan catu daya 4V ke 30V DC dan membutuhkan arus yang sangat rendah 0,06mA. Ini berarti ia memiliki pemanasan sendiri yang sangat rendah karena konsumsi arus yang rendah, dan satu-satunya panas (suhu) yang dideteksinya adalah lingkungan sekitarnya.

Output suhu Celcius dari LM35 diberikan sehubungan dengan fungsi transfer linier sederhana:

…Di mana:

• VOUT adalah tegangan keluaran LM35 dalam milivolt (mV).

• T adalah suhu dalam °C.

Sebagai contoh, jika sensor LM35 mendeteksi suhu sekitar 30°C, keluaran sensor akan mendekati 300mV atau 0,3V. Kamu bisa mengukur tegangan menggunakan multimeter digital. Kami menggunakan LM35 dalam probe tahan air tubular dalam proyek DIY ini; namun, ini dapat digunakan tanpa probe berbentuk tabung, seperti IC.

Penguat Penguat Tegangan Menggunakan LM741

Tegangan output dari sensor suhu adalah dalam milivolt, sehingga perlu penguatan untuk menekan efek noise pada sinyal dan juga untuk meningkatkan kualitas sinyal. Amplifikasi tegangan membantu kita menggunakan nilai ini untuk perbandingan selanjutnya dengan tegangan referensi yang stabil, dengan bantuan penguat operasional LM741. Di sini, LM741 digunakan sebagai penguat tegangan non-pembalik.

Untuk sirkuit ini, kami memperkuat output sensor dengan faktor 13. LM741 dioperasikan dalam konfigurasi op amp non-pembalik. Fungsi transfer untuk op amp non-pembalik menjadi:

Jadi kita ambil R1 = 1kΩ dan R2 = 12kΩ.

Komparator Sakelar Elektronik (LM393)

Seperti disebutkan di atas, untuk peralihan elektronik bebas kesalahan, pemicu Schmitt dapat diterapkan. Untuk tujuan ini, kami menggunakan IC LM393 sebagai pembanding tegangan pemicu Schmitt. Kami menggunakan tegangan referensi 5V untuk membalikkan input LM393. Referensi tegangan 5V diperoleh dengan bantuan IC regulator tegangan LM7805. LM7805 dioperasikan menggunakan catu daya atau baterai 12V, dan menghasilkan DC 5V konstan.

Input lain dari LM393 dihubungkan ke output rangkaian op amp non-pembalik, yang dijelaskan pada bagian di atas. Dengan cara ini, nilai sensor yang diperkuat sekarang dapat dibandingkan dengan tegangan referensi menggunakan LM393. Umpan balik positif diterapkan pada pembanding LM393 untuk efek pemicu Schmitt. Keluaran LM393 tetap aktif tinggi dan pembagi tegangan (jaringan resistor ditunjukkan dengan warna hijau pada diagram di bawah) digunakan pada keluaran untuk mengurangi keluaran (tinggi) dari LM393 menjadi 5 hingga 6V.

Kami menggunakan hukum arus Kirchoff pada pin non-pembalik untuk menganalisis perilaku rangkaian dan nilai resistor optimal. (Namun, pembahasannya berada di luar cakupan artikel ini.)

Kami telah merancang jaringan resistor sedemikian rupa sehingga ketika suhu dinaikkan menjadi 39,5°C atau lebih, LM393 dialihkan ke keadaan tinggi. Karena efek pemicu Schmitt, suhu tetap tinggi meskipun suhu turun tepat di bawah 38°C. Namun, pembanding LM393 dapat mengeluarkan logika rendah saat suhu turun di bawah 37°C.

Gain Arus Menggunakan Darlington Pair Transistor

Output dari LM393 sekarang beralih antara logika rendah dan tinggi, sesuai kebutuhan sirkuit. Namun, arus keluaran (maks 20mA tanpa konfigurasi aktif tinggi) pembanding LM393 cukup rendah dan tidak dapat menggerakkan kipas. Untuk mengatasi masalah ini, kami menggunakan transistor pasangan ULN2003 IC Darlington untuk menggerakkan kipas.

ULN2003 terdiri dari tujuh pasangan transistor emitor umum kolektor terbuka. Setiap pasangan dapat membawa arus kolektor-emitor 380mA. Berdasarkan kebutuhan kipas DC saat ini, beberapa pasangan Darlington dapat digunakan dalam konfigurasi paralel untuk meningkatkan kapasitas arus maksimum. Input ULN2003 dihubungkan ke komparator LM393 dan pin output dihubungkan ke terminal negatif kipas DC. Terminal kipas lainnya terhubung ke baterai 12V.

Elemen sirkuit, kecuali kipas dan baterai, terintegrasi pada Veroboard melalui penyolderan.

Menyatukan Semuanya

Diagram skematis lengkap dari kipas yang dikontrol suhu adalah sebagai berikut. Semua IC mendapatkan daya dari baterai 12V DC. Penting juga untuk dicatat bahwa semua arde harus dianggap sama di terminal negatif baterai.

Menguji Sirkuit

Untuk menguji sirkuit ini, Anda dapat menggunakan pemanas ruangan sebagai sumber udara panas. Tempatkan probe sensor suhu dekat dengan pemanas sehingga dapat mendeteksi suhu panas. Setelah beberapa saat, Anda akan menemukan peningkatan suhu pada keluaran sensor. Ketika suhu melebihi ambang batas yang ditetapkan 39,5°C, kipas akan menyala.

Sekarang matikan pemanas ruangan, dan biarkan sirkuit menjadi dingin. Setelah suhu turun di bawah 37°C, Anda akan melihat bahwa kipas akan mati.

Pilih Ambang Batas Suhu Anda Sendiri untuk Kipas Pengalih

Sirkuit kipas sakelar yang dikontrol suhu biasanya digunakan di banyak peralatan dan gadget elektronik dan listrik. Anda dapat memilih nilai suhu Anda sendiri untuk menghidupkan dan mematikan kipas dengan memilih nilai resistansi yang sesuai dalam skema rangkaian komparator pemicu Schmitt. Konsep serupa dapat digunakan untuk merancang kipas yang dikontrol suhu dengan kecepatan perpindahan variabel, yaitu cepat dan lambat.