Подогреватель для боксов телевизионных камер. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы

 Комментарии к статье

Камеры специализированных телевизионных систем работают обычно на открытом воздухе, а потому требуют защиты от климатических воздействий. По этой причине чаще всего их размещают внутри герметичных боксов. У большинства телевизионных камер (ТК) интервал рабочих температур составляет -20...+55°С, поэтому боксы приходится снабжать подогревателями, которые включаются при снижении температуры окружающего воздуха ниже 0°С. К сожалению, сертифицированные боксы с достаточно надежными устройствами нагрева и управления дороги. Дешевые же весьма ненадежны. В результате задача создания недорогих и надежных подогревателей остается очень актуальной. Описание одного из таких приборов предлагается ниже.

Устройство рассчитано на работу внутри герметичных боксов объемом 2...10 дм3, не имеющих специальной теплоизоляции, в условиях климата средних широт России. Оно представляет собой подогреватель, который включается при снижении температуры в боксе и обеспечивает поддержание ее на определенном уровне с погрешностью (с учетом неоднородного ее распределения внутри контролируемого объема) не более 1...3°С.

Работает подогреватель по принципу порогового регулирования температуры. Его электрическая схема представлена на рис. 1. Первичный нестабилизированный источник напряжением Uпит=20 В служит для питания только нагревателя и стабилизатора на микросхеме DA1. Устройство управления ТК питается стабилизированным напряжением Uпит.стаб=12 В, формирующимся на выходе DA1.

Следует отметить, что температурная нестабильность выходного напряжения у трехвыводных интегральных стабилизаторов больше, чем у стабилизаторов других типов. Эта нестабильность проявляется и при саморазогреве микросхемы КР142ЕН8Д протекающим через нее током.

ТК разных типов потребляют ток 0,1...0,2 А, поэтому стабилизатор DA1 пришлось снабдить навесным теплоотводом площадью около 30 см2. Наличие температурной нестабильности напряжения Uпит.стаб необходимо учитывать при выборе пороговой схемы устройства управления нагревателем.

Преобразователь температура - напряжение выполнен в виде делителя напряжения на резисторах R1, R2 и терморезисторе R4. Делитель нагружен на входное сопротивление логического элемента DD1.1, составляющее около 1012 Ом, поэтому рабочий ток терморезистора R4, равный примерно 0,5 мА, не зависит от нагрузки делителя.

Функции порогового устройства выполняет элемент DD1.1 микросхемы DD1, осуществляющий сравнение падения напряжения на терморезисторе R4 с уровнем входного напряжения Uпор2, при котором срабатывает сам DD1.1. Для двух типов логических элементов величины Uпор могут быть определены по статическим передаточным характеристикам, представленным на рис. 2,а. Напряжения Uпор находятся на участках характеристик, которые заключены между уровнями минимального напряжения логической единицы U1мин и максимального напряжения логического нуля U0макс. Соответствующие этим участкам интервалы входных пороговых напряжений логических элементов относительно малы, поэтому можно приближенно полагать, что Uпор соответствует середине этого интервала, т. е. Uпор=0,5Uпит.стаб. Такое приближение позволяет определить Uпор с погрешностью порядка десятков милливольт.

Вследствие температурной нестабильности напряжения Uпит.стаб. в интервале рабочих температур ТК важно, чтобы отношение величины Uпор порогового элемента к падению напряжения на R4, равному R4Uпит.стаб./(R1+R2+R4), сохранялось неизменным. Логические элементы серий КМОП хорошо отвечают этому требованию, что демонстрирует рис. 2,б. Приведенные на нем зависимости показывают, что соотношение Uпор/Uпит.стаб.=0,5 сохраняется во всем интервале напряжений питания, допустимых для логических элементов микросхем серии К176.

Поскольку на входы DD1.1 действует медленно изменяющееся вслед за изменениями температуры падение напряжения на терморезисторе R4, элемент DD1.1 длительно пребывает в активном режиме, усиливая как полезный сигнал, так и помехи. Для подавления помех на входе и выходе DD1.1 включены ФНЧ - R1R2R4C1 и R3C2 соответственно. Элементы DD1.2, DD1.3 и DD1.4 дополнительно усиливают и формируют полезный сигнал, поступающий на них с выхода фильтра R3C2.

Выходной сигнал элемента DD1.2 управляет источником опорного напряжения, который представляет собой параметрический стабилизатор, выполненный на стабилитроне VD1 и светодиоде HL1.Отличительная особенность такого источника - отсутствие балластного резистора и питание его непосредственно с выхода элемента DD1.2. Это возможно вследствие относительно больших величин выходных сопротивлений КМОП-транзисторов в элементах микросхем серии К176. Питается параметрический стабилизатор через транзистор с каналом типа p. Выходные вольт-амперные характеристики этого транзистора для логических элементов из состава микросхемы К176ЛА7 приведены на рис. 3. Рабочий участок этих характеристик ограничен гиперболой допустимой мощности рассеяния микросхемы К176ЛА7 (Рмакс). На характеристиках: |U| - падение напряжения на рканальном транзисторе, а Iн - ток, протекающий через него. Поскольку падение напряжения на стабилитроне VD1 и светодиоде HL1 составляет примерно 7 В, для Uпит.стаб=12 В положение рабочей точки транзистора соответствует |U|=5 В и Iн=10 мА. При этом выходное сопротивление логического элемента составит примерно 1 кОм, а р-канальный транзистор будет для диодов VD1 и HL1 ограничителем тока. Само опорное напряжение формируется на движке переменного резистора R5.

Нагреватель представляет собой источник тока, собранный на включенных по схеме Шиклаи транзисторах VT1, VT2, резисторе R7 и балластных резисторах R8, R9. При регулировке опорного напряжения величина тока коллектора транзистора VT2 может изменяться от нуля до 1 А, а рассеиваемая им мощность достигать 18 Вт. Чтобы обеспечить надежную работу нагревателя в таких условиях, важна стабилизация тока коллектора транзистора VT2 до температуры, приблизительно, +80°С. Это достигнуто с помощью следующих схемных и конструктивных решений.

Для уменьшения нестабильности коллекторного тока из-за изменений падения напряжения на переходе база- эмиттер при нагреве транзистора он снабжен теплоотводом, площадь поверхности которого выбрана такой, чтобы при работе в данном боксе при токе коллектора 1 А транзистор VT2 не перегревался выше +80°С.

Теперь поговорим о работе подогревателя. Пусть в исходном состоянии температура в боксе выше температуры окружающего воздуха и пороговой температуры, заданной регулировочным резистором R2. При этом сопротивление терморезистора R4 мало, а падение напряжения на нем меньше, чем Uпор. В этом случае на выходе элемента DD1.2 присутствует низкий логический уровень и ток через нагреватель не течет. Со временем температура в боксе вследствие его охлаждения станет уменьшаться. Сопротивление терморезистора R4 и падение напряжения на нем начнут расти и, когда напряжение достигнет уровня Uпор, на выходе DD1.1 будет формироваться пологий фронт напряжения низкого уровня. В процессе формирования этого фронта изменятся состояния выходов логических элементов DD1.2, DD1.3, DD1.4, вследствие чего произойдет переключение устройства управления нагревателем. На выходе элемента DD1.2 установится напряжение, соответствующее напряжению стабилизации VD1 и падению напряжения на светодиоде HL1, и через транзистор VT2 потечет заданный ток.

Теплоотвод VT2 прогреет воздух в боксе. Температура терморезистора R4 начнет расти, а напряжение на нем - убывать. При повторном достижении примерного равенства падения напряжения на терморезисторе R4 и напряжения Uпор устройство управления переключится в исходное состояние, а ток через транзистор VT2 опять прекратится. Эти переключения повторяются через промежутки времени, длительности которых определяются особенностями теплообмена бокса. При этом температура воздуха в боксе будет изменяться вблизи значения заданного положением движка резистора R2.

Главные функциональные узлы описанного устройства размещены на печатной плате (рис. 4). Вне платы находится транзистор VT2. Чтобы обеспечить прогрев всего объема бокса, транзистор VT2 и терморезистор R4 следует разнести на возможно большее расстояние. Подогреватель предполагает использование следующих элементов: транзисторов VT1, VT2 в пластмассовых корпусах, микросхем К176ЛЕ5 или К176ЛА7 (DD1) и КР142ЕН8Д в пластмассовом корпусе (DA1), резисторов R1, R3, R6 - R9 - МЛТ, С2-33, МТ или их аналогов, R2, R5 - СП5-2, R4 - ММТ с номиналом 8...12 кОм, конденсаторов С1-C3 - КМ любой группы.

Размещение подогревателя внутри бокса ТК показано на рис. 5. Транзистор VT2 установлен на теплоотводе из алюминиевого сплава размерами 120x70x3 мм. Он закреплен на слюдяной прокладке с помощью фторопластовой втулки, изолирующей крепежный винт, и поэтому не имеет электрического контакта с теплоотводом. В свою очередь, теплоотвод не имеет металлических крепежных элементов, непосредственно присоединяющих его к корпусу бокса. На краю теплоотвода, обращенном к окну бокса, имеется два ряда отверстий, которые улучшают циркуляцию воздуха. Чтобы выделяющие тепло элементы DA1, R8, R9 как можно меньше влияли на терморезистор R4, он приподнят над платой на высоту 10...15 мм.

Регулировка рабочего режима состоит в выдержке открытого бокса при температуре, равной желаемому порогу включения, при отсутствии тока в нагревателе в течение 20...30 мин. Следует избегать попадания внутрь бокса влаги. Установив в нем желаемую температуру, регулировочным резистором R2 нужно добиться свечения светодиода HL1, остановив регулирование при достижении равенства напряжения на терморезисторе R4 напряжению Uпор.

Автор: Г.Пилько, г.Киев, Украина

Смотрите другие статьи раздела Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Случайная новость из Архива Интеллект взрослого мешает учить иностранный язык 29.07.2014 Уже давно лингвисты обратили внимание, что детям проще дается сложная грамматика, а также многочисленные исключения из правил в иностранных языках. Взрослые тяжелее усваивают грамматику потому, что все имеющиеся психические ресурсы префронтальной коры мозга задействованы для изучения иностранного языка. Вполне возможно, что этот участок мозга заглушает другие, более интуитивные механизмы обучения, полагает Эми Финн (Amy Finn) из Института исследований мозга при Массачусетском технологическом институте. Эми Финн придумала девять двусложных слов на вымышленном языке (известный пример такого рода - "глокая куздра"), после чего разбила их на три "грамматических" категории. Участники эксперимента могли слышать эти слова в течение примерно 10 мин. Одну группу попросили не проводить анализ услышанного, но и не отвлекаться при этом совсем, чтобы их внимание не концентрировалось на словах. Второй группе во время звучания записи предложили нарисовать картинку или решать кроссворд. Третей группе дали задание определить все слова, которые получится расслышать испытуемым. Запись включала сочетания трех слов (из каждой категории). Как известно ученым, даже дети и обезьяны могут различать в речевом потоке отдельные слова. Все участники эксперимента с этим заданием справились одинаково хорошо (причем группа "прилежных" даже лучше). Таким же образом было организовано прохождение второго задания, в ходе которого испытуемым пришлось отличать правильные последовательности слов (которые они ранее слышали в записи) от неправильных. Последний тест был на понимание грамматики (морфологии). Участникам эксперимента показали три слова. Одно из них испытуемые раньше не встречали, однако грамматически его можно было легко вписать в одну из трех имеющихся категорий. В результате при ответе на вопрос о правильности или неправильности местоположения нового слова, группа "прилежных" сделала гораздо больше ошибок, нежели те, кто слушал запись невнимательно. Результаты эксперимента подтвердили гипотезу о том, что при обучении иностранному языку используются два типа памяти. Эксплицитная, или вербальная, которая хранит факты и знания, помогает расширять лексический запас, а также запоминать грамматические правила. Что касается имплицитной (процедурной) памяти, направляющей интуитивные действия человека (т.е. такие, которые он совершает, не задумываясь), то она отвечает за быстрое использование сложной грамматики. Если для освоения языка использовать ресурсы вербальной памяти, как это взрослые люди обычно и делают, то она не даст свободно разговаривать: можно выучить множество слов и правил, но так и не начать говорить на иностранном языке свободно. В целях избавления от этой проблемы Эми Финн предлагает в процессе слушания чужой речи отвлекать префронтальную кору на прочие умственные упражнения, либо даже отключать ее посредством транскраниальной магнитной стимуляции.

Другие интересные новости:

▪ Телеобъектив для телефона

▪ Техника против пиратов

▪ Рекорд мотоцикла

▪ Подкожный нанодатчик

▪ Воспроизведение максимально громкого звука

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта История техники, технологии, предметов вокруг нас. Подборка статей

▪ статья Поль Элюар. Знаменитые афоризмы

▪ статья Как велика масса молекулы воды? Подробный ответ

▪ статья Как наложить поддерживающую повязку. Медицинская помощь

▪ статья Основы электросварки. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Применении манипуляций при карточных фокусах. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026