ДОМАШНИЙ ТЕРМОСТАБИЛИЗАТОР

Предлагаемый самодельный бытовой термостабилизатор может найти применение в инкубаторах, сушилках фруктов, мини-теплицах и т.д. От существующих аналогов он отличается оригинальностью схемотехнического построения, поддержанием температуры с точностью ±0,1 °С, сохранением работоспособности при колебаниях в сети переменного тока от 160 до 240 В, а также возможностью работы от источника постоянного тока напряжением до 310 В. Мощность регулируемого нагревательного элемента может достигать 750 Вт.

Пока температура внутри контролируемого объекта выше той, что установлена с помощью резистора R2 ПЛАВНО и резистора R3 ГРУБО, на выходе компаратора, выполненного на операционном усилителе (ОУ) КР140УД1208, пребывает напряжение низкого уровня (лог. 0). Это ниже порога открывания мощного МОП транзистора VT3. Он закрыт и ток через нагревательный элемент ЕК1 не протекает.

Когда же вследствие понижения температуры контролируемого объекта сопротивление терморезистора RK1 повышается, компаратор переключается в противоположное состояние. Напряжение на выходе ОУ повторяется транзистором VT1 и становится достаточным, чтобы открыть полевой транзистор.

В работе по такому алгоритму наиболее полно проявляются преимущества мощного МОП транзистора перед тиристором или симистором. Используемый здесь КП707В1 практически не создает радиопомех, для него не надо организовывать схему привязки включения к моменту прохождения сетевого напряжения через ноль. Все время, пока на затворе есть напряжение выше порогового (10 В и более практически полностью открывают транзистор), он находится в проводящем состоянии.

Наличие усилителя тока на биполярных VT1 и VT2 обусловлено тем, что мощные МОП транзисторы имеют входную емкость порядка нескольких тысяч пФ. Пока она не зарядится, КП707В1 будет находиться в активном режиме (когда его сопротивление меняется от очень большого до минимального, выделяя при этом большое количество тепла). Однако ОУ не может длительно обеспечивать такой ток и работать на значительную емкостную нагрузку. Вот и возникает необходимость в применении усилителя тока для быстрой зарядки и разрядки входной емкости мощного МОП транзистора.

Компаратор работает здесь без положительной обратной связи, обеспечивающей гистерезис. В данном случае это вполне допустимо. Мощности используемого нагревательного элемента достаточно, чтобы по тепловой инерции температура на несколько десятых градуса превышала установленный порог и компаратор надежно переключался в противоположное состояние.

Светодиод HL2 служит индикатором включения мощного МОП транзистора VT3. Наличие двухваттных гасящих резисторов R9 и R10 обуславливается возможностью питать термостабилизатор (при отсутствии бытовой электросети) от автомобильного аккумулятора через типовой преобразователь напряжения 12/220 В. Учитывается, что практически все преобразователи работают на частоте от единиц до десятков кГц. Поэтому неприемлемо использование в паре с ними гасящего конденсатора, емкостное сопротивление которого обратно пропорционально частоте тока, а значит, весьма различно для сетевых 50 Гц и «преобразовательных килогерцевых».

Принципиальная электрическая схема самодельного термостабилизатора

Обязательным элементом схемы, по мнению автора, должны быть плавкий предохранитель FU1 и варистор RU1. Особенно при эксплуатации термостабилизатора в сельской местности, где напряжение электросети, как правило, занижено относительно номинального, но бывают такие его броски, которые могут привести к выходу аппаратуры из строя. Наличие варистора позволит, пожертвовав плавкой вставкой, уберечь от нестандартных режимов сам термостабилизатор. Индикатором же включенного состояния схемы (а следовательно, и целостности предохранителя) служит светодиод HL1.

Большая часть термостабилизатора размещена на плате размерами 80x80x1,5 мм из односторонне фольгированного стеклотекстолита. Монтаж выполнен пайкой, но можно и методом накрутки. Мощный МОП транзистор для лучшего охлаждения установлен на типовом ребристом радиаторе размерами 75x30x15 мм.

Вся схема размещена в корпусе промышленного регулятора РТ-3. В качестве терморезистора РК1 использован бескорпусный ТР-1 с малой тепловой инерцией; он установлен на плате из стеклотекстолита размерами 10x3x0,5 мм и покрыт тонким слоем эпоксидной смолы. Только при применении такого термочувствительного полупроводникового прибора можно добиться поддержания температуры с точностью не менее ±0,1 °С, хотя для большинства бытовых задач вполне приемлемы два последовательно соединенных бусинковых 15-килоомных терморезистора СТЗ-19 или всем хорошо известные ММТ (КМТ).

В термостабилизаторе используются также постоянные резисторы МЛТ-0,25 и регулировочные цилиндрические СПО-0,5 (СПЗ-19а). Конденсаторы постоянной емкости — типа К73-17, за исключением 220-микрофарадного К50-35 (HITANO, WESTON).

В роли полупроводниковых триодов VT1 и VT2 одинаково хороши любые кремниевые соответствующей структуры. В качестве МОП транзистора VT3 можно применить как отечественные КП707 В1 (КП809), так и импортные IRF840 (2SK1117,2SK1118) и им подобные аналоги. Вместо VD1 КС515, указанного на принципиальной электрической схеме, приемлем любой стабилитрон, рассчитанный на Uст от 13 до 18 В. По сути, нет ограничений в выборе светодиодов и индуцируемого ими цвета. Диоды выпрямительного моста КД202Р можно заменить на КД24Б (КД248). Единственная деталь в схеме, которой не удалось найти отечественного аналога, это 310-ваттный варистор, рассчитанный на максимальное рабочее напряжение переменного тока 275—300 В.

При налаживании и регулировке термостабилизатора необходимо быть крайне осторожным: схема имеет гальваническую связь с бытовой сетью и находится под высоким потенциалом относительно заземленных устройств. Терморезистор следует разместить в перфорированном защитном кожухе, исключающем случайные прикосновения к термочувствительному элементу и в то же время позволяющем воздуху свободно перемещаться возле него.

Опытная эксплуатация термостабилизатора совместно с мини-инкубатором «Квочка» вместо крайне ненадежного механического стального аналога, заполненного эфиром, с нагревателями из четырех последовательно соединенных шестидесятиваттных ламп показала, что самодельный прибор способен поддерживать температуру на требуемом уровне, устанавливаемом резисторами R2 и R3, с точностью не менее ±0,1 °С. И это весьма неплохие показатели, особенно если учесть, что оптимальными для домашней птицы считаются условия инкубации при температуре в пределах 37,7—38,3 °С.

О. БЕЛОУСОВ, г. Черкассы, Украина