Этот четырёхуровневый термометр представляет собой простую и надёжную электронную систему, предназначенную для контроля температуры воздуха в помещении. Он использует четыре цветных светодиода (синий, зелёный, жёлтый и красный) для отображения различных порогов температуры. Синий светодиод загорается при холоде, зелёный указывает на идеальную температуру (около 20–25 °C), жёлтый сигнализирует о умеренном тепле, а красный загорается при превышении высокого порога температуры (например, выше 30 °C). Такая наглядная индикация идеально подходит для использования в спальне, кухне или офисе.
Схема основана на четырёхкратном операционном усилителе LM324, широко используемом в аналоговой электронике. Он содержит четыре независимых усилителя в корпусе DIP-14 и работает от одного источника питания с напряжением от +3 В до +32 В (или ±1,5 В до ±16 В). Его типичное потребление — всего 1 мА, полосa пропускания составляет 1 МГц, а скорость нарастания (slew rate) — 0,5 В/мкс. В данной схеме каждый встроенный компаратор сравнивает напряжение от термистора с определённым опорным значением, включая соответствующий светодиод в зависимости от измеренного температурного диапазона.
В качестве температурного датчика используется термистор NTC 100kΩ MF52AT — это датчик с отрицательным температурным коэффициентом, сопротивление которого уменьшается с повышением температуры. При 25 °C его сопротивление составляет точно 100 кОм с допуском ±1 %. Он имеет коэффициент B, равный 3950 K, что обеспечивает хорошую точность в применениях по измерению температуры воздуха. Напряжение на выходе делителя напряжения (с постоянным резистором) предсказуемо изменяется с температурой, что позволяет эффективно сравнивать его через входы компараторов LM324.
Для чёткой индикации и исключения одновременного включения нескольких светодиодов в схеме используются три NPN-транзистора типа 2N3904. Этот стандартный маломощный транзистор выдерживает ток коллектора до 200 мА, имеет коэффициент усиления (hFE) от 100 до 300 и граничную частоту (ft) 300 МГц. Они работают как переключатели, автоматически отключая светодиоды, не соответствующие текущей температуре, обеспечивая точную индикацию.
Питание всей схемы осуществляется от стабилизированного источника 5 В, формируемого линейным стабилизатором L7805. Этот стабилизатор может выдавать ток до 1 А, требует минимального входного напряжения 7,5 В и оснащён защитой от перегрева и коротких замыканий. Он обеспечивает стабильное напряжение, необходимое для надёжной работы аналоговых порогов сравнения.
В дополнение к своей основной функции эта схема также может использоваться как декоративный ночник благодаря разноцветным светодиодам, создающим мягкую световую атмосферу. Простота конструкции, низкая стоимость и умеренное энергопотребление делают этот проект идеальным для радиолюбителей, стремящихся объединить полезность и эстетику.
Схема
Подробнее о ключевых компонентах схемы
Термистор NTC MF52AT: точный и компактный температурный датчик
Термистор NTC MF52AT — это температурный датчик с отрицательным температурным коэффициентом, то есть его сопротивление уменьшается при повышении температуры. Он широко используется в измерительных приложениях благодаря высокой точности и простоте использования. Его номинальное сопротивление составляет 100 кОм при 25 °C, что делает его идеальным для проектов, требующих измерения в умеренном температурном диапазоне. Коэффициент B составляет около 3950 K, обеспечивая надёжную зависимость между температурой и сопротивлением при использовании в делителе напряжения.
Одним из преимуществ этого термистора является его быстрая реакция на изменения температуры, что позволяет почти мгновенно фиксировать изменения температуры воздуха. Он также обладает высокой долговременной стабильностью, что критично для надёжных приложений. Диапазон рабочих температур MF52AT обычно составляет от -40 °C до +125 °C, что делает его пригодным для бытового и промышленного применения. При необходимости высокой точности может потребоваться калибровка или температурная компенсация.
Этот термистор часто применяется в простых схемах, таких как термометры с LED-индикацией, температурные регуляторы и устройства защиты от перегрева. Благодаря своим компактным размерам и низкому энергопотреблению он остаётся популярным выбором для недорогих электронных проектов.
LM324: универсальный четырёхкратный операционный усилитель для аналоговых схем
LM324 — это популярный четырёхкратный операционный усилитель, часто применяемый в схемах благодаря своей доступности и широким возможностям. Он содержит четыре независимых операционных усилителя, что позволяет реализовать несколько компараторов или фильтров в одном корпусе. LM324 работает от источника питания с напряжением от 3 В до 32 В (или ±1,5 В до ±16 В при симметричном питании), что делает его гибким решением как для низковольтных, так и для высоковольтных схем. Типичное потребление — около 1 мА на канал, что особенно важно в маломощных схемах.
Ширина полосы LM324 составляет 1 МГц при коэффициенте усиления 1, чего достаточно для большинства аналоговых применений, хотя он не подходит для высокочастотных схем. Скорость нарастания выходного сигнала составляет 0,5 В/мкс, что является хорошим компромиссом между скоростью и точностью. Типичное напряжение смещения входа — 2 мВ, а возможность работы с входным напряжением, близким к нулю (0 В), делает его удобным для многих схем.
LM324 особенно подходит для таких применений, как активные фильтры, компараторы напряжения, неинвертирующие усилители и схемы обработки сигналов. Благодаря надёжности и простоте использования он остаётся востребованным компонентом в аналоговой электронике.
L7805: надёжный стабилизатор 5 В для стабильного питания
L7805 — это линейный стабилизатор напряжения из серии 78xx, предназначенный для выдачи фиксированного напряжения +5 В. Это один из самых популярных стабилизаторов в схемах, где требуется стабильное питание, особенно для микроконтроллеров, датчиков и логических модулей. Он обычно работает при входном напряжении от 7 В до 20 В, с максимально допустимым значением до 35 В (в зависимости от версии). Для корректной стабилизации требуется минимальная разность в 2 В между входом и выходом (напряжение насыщения).
Стабилизатор может выдавать ток до 1 А, а при использовании радиатора — до 1,5 А. Встроенные схемы защиты от перегрева, короткого замыкания и перегрузки по току делают его надёжным в самых разных условиях. Часто в паре с ним используют фильтрующие конденсаторы (обычно 0,33 мкФ на входе и 0,1 мкФ на выходе) для повышения стабильности и снижения пульсаций.
Благодаря простоте применения, надёжности и низкой цене L7805 остаётся незаменимым компонентом в проектах с питанием 5 В, особенно в робототехнике, автоматизации и встраиваемых системах.
NPN-транзистор 2N3904: универсальный и надёжный
2N3904 — это биполярный NPN-транзистор, широко используемый в схемах для усиления и коммутации сигналов. Он предназначен для низкомощных приложений, имеет максимальное напряжение коллектор-эмиттер (Vce) 40 В и базо-эмиттерное напряжение (Vbe) до 6 В. Максимальный ток коллектора (Ic) — 200 мА, что подходит для управления светодиодами, реле и небольшими моторами. Коэффициент усиления (hFE) варьируется от 100 до 300, обеспечивая надёжное усиление в типовых схемах.
Переходная частота (ft) транзистора составляет около 300 МГц, что делает его пригодным для высокочастотных приложений, включая радиочастотные и аудиосхемы. Время переключения обычно менее 300 нс, что позволяет использовать его в цифровых схемах и ШИМ. Лёгкий, недорогой и удобный в монтаже (корпус TO-92), 2N3904 является отличным выбором как для любителей, так и для профессиональных разработчиков.