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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Chauffage pour boîtiers de caméras de télévision. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Régulateurs de puissance, thermomètres, stabilisateurs thermiques Les caméras des systèmes de télévision spécialisés fonctionnent généralement à l'extérieur et doivent donc être protégées des influences climatiques. Pour cette raison, ils sont le plus souvent placés dans des boîtes scellées. La plupart des caméras de télévision (TK) ont une plage de température de fonctionnement de -20...+55°C, de sorte que les boîtiers doivent être équipés de radiateurs qui s'allument lorsque la température ambiante descend en dessous de 0°C. Malheureusement, les boîtes certifiées avec des dispositifs de chauffage et de contrôle assez fiables sont chères. Les moins chers sont très peu fiables. En conséquence, la tâche de créer des appareils de chauffage peu coûteux et fiables reste très pertinente. Une description de l'un de ces dispositifs est donnée ci-dessous. L'appareil est conçu pour fonctionner à l'intérieur de boîtes hermétiques d'un volume de 2...10 dm3, qui n'ont pas d'isolation thermique spéciale, dans le climat des latitudes moyennes de la Russie. C'est un réchauffeur qui s'allume lorsque la température dans le caisson baisse et assure son maintien à un certain niveau avec une erreur (compte tenu de sa répartition non uniforme à l'intérieur du volume contrôlé) ne dépassant pas 1...3°C. L'appareil de chauffage fonctionne sur le principe du contrôle de la température à seuil. Son circuit électrique est représenté sur la fig. 1. La source primaire non stabilisée avec une tension de Upit = 20 V est utilisée pour alimenter uniquement le réchauffeur et le stabilisateur sur la puce DA1. Le dispositif de commande TC est alimenté par une tension stabilisée Upit.stab = 12 V, qui est générée à la sortie DA1.
Il convient de noter que l'instabilité de température de la tension de sortie des stabilisateurs intégrés à trois bornes est supérieure à celle des autres types de stabilisateurs. Cette instabilité se manifeste également lors de l'auto-échauffement du microcircuit KR142EN8D par le courant qui le traverse. Les TC de différents types consomment un courant de 0,1 ... 0,2 A, de sorte que le stabilisateur DA1 devait être équipé d'un dissipateur thermique à charnière d'une surface d'environ 30 cm2. La présence d'instabilité de température de la tension Upit.stab doit être prise en compte lors du choix du circuit de seuil du dispositif de commande du réchauffeur. Le convertisseur température-tension est réalisé sous la forme d'un diviseur de tension sur les résistances R1, R2 et la thermistance R4. Le diviseur est chargé sur la résistance d'entrée de l'élément logique DD1.1, qui est d'environ 1012 ohms, de sorte que le courant de fonctionnement de la thermistance R4, qui est d'environ 0,5 mA, ne dépend pas de la charge du diviseur. Les fonctions du dispositif de seuil sont exécutées par l'élément DD1.1 du microcircuit DD1, qui compare la chute de tension aux bornes de la thermistance R4 avec le niveau de tension d'entrée Upor2, auquel DD1.1 lui-même est déclenché. Pour deux types d'éléments logiques, les valeurs Uth peuvent être déterminées à partir des caractéristiques de transfert statique illustrées à la fig. 2a. Les tensions Upor sont situées dans les tranches des caractéristiques comprises entre les niveaux de la tension minimale de l'unité logique U1min et la tension maximale du zéro logique U0max. Les intervalles des tensions de seuil d'entrée des éléments logiques correspondant à ces sections sont relativement petits, on peut donc supposer approximativement que Uthr correspond au milieu de cet intervalle, c'est-à-dire Uthr = 0,5Upit.stab. Cette approximation permet de déterminer Uthr avec une erreur de l'ordre de la dizaine de millivolts.
En raison de l'instabilité de température de la tension Upit.stab. dans la gamme des températures de fonctionnement du TC, il est important que le rapport de l'élément de seuil Uthr à la chute de tension aux bornes de R4, égal à R4Up.stable/(R1+R2+R4), reste inchangé. Les éléments logiques de la série CMOS répondent bien à cette exigence, comme le montre la Fig. 2b. Les dépendances qui y sont représentées montrent que le rapport Upor / Upit ≤ 0,5 est maintenu sur toute la plage des tensions d'alimentation autorisées pour les éléments logiques des microcircuits de la série K176. Étant donné que les entrées DD1.1 sont affectées par une chute de tension à variation lente à travers la thermistance R4 suite aux changements de température, l'élément DD1.1 reste en mode actif pendant une longue période, amplifiant à la fois le signal utile et le bruit. Pour supprimer les interférences à l'entrée et à la sortie de DD1.1, un filtre passe-bas est inclus - R1R2R4C1 et R3C2, respectivement. Les éléments DD1.2, DD1.3 et DD1.4 s'amplifient en outre et forment un signal utile leur venant de la sortie du filtre R3C2. Le signal de sortie de l'élément DD1.2 contrôle la source de tension de référence, qui est un stabilisateur paramétrique réalisé sur la diode zener VD1 et la LED HL1.Une caractéristique distinctive d'une telle source est l'absence de résistance de ballast et son alimentation directement de la sortie de l'élément DD1.2. Cela est possible en raison des résistances de sortie relativement importantes des transistors CMOS dans les éléments des microcircuits de la série K176. Le stabilisateur paramétrique est alimenté par un transistor à canal de type p. Les caractéristiques courant-tension de sortie de ce transistor pour les éléments logiques de la composition du microcircuit K176LA7 sont illustrées à la Fig. 3. La zone de travail de ces caractéristiques est limitée par l'hyperbole de la dissipation de puissance admissible du microcircuit K176LA7 (Pmax). Sur les caractéristiques : |U| est la chute de tension aux bornes du transistor à canal p et In est le courant qui le traverse. La chute de tension aux bornes de la diode zener VD1 et de la LED HL1 étant d'environ 7 V, pour Upit.stab = 12 V, la position du point de fonctionnement du transistor correspond à |U| = 5 V et In = 10 mA. Dans ce cas, la résistance de sortie de l'élément logique sera d'environ 1 kOhm et le transistor à canal p sera un limiteur de courant pour les diodes VD1 et HL1. La tension de référence elle-même est formée sur le moteur de la résistance variable R5.
Le réchauffeur est une source de courant montée sur les transistors VT1, VT2, la résistance R7 et les résistances de ballast R8, R9 connectées selon le schéma de Shiklai. Lors du réglage de la tension de référence, le courant de collecteur du transistor VT2 peut varier de zéro à 1 A et la puissance dissipée par celui-ci peut atteindre 18 watts. Pour assurer un fonctionnement fiable du réchauffeur dans de telles conditions, il est important de stabiliser le courant de collecteur du transistor VT2 à une température d'environ + 80 ° C. Ceci est réalisé à l'aide des solutions de circuit et de conception suivantes. Pour réduire l'instabilité du courant de collecteur due aux variations de la chute de tension au niveau de la jonction base-émetteur lorsque le transistor est chauffé, il est équipé d'un dissipateur thermique dont la surface est choisie de sorte que lorsque fonctionnant dans ce boîtier à un courant de collecteur de 1 A, le transistor VT2 ne surchauffe pas au-dessus de + 80 ° С. Parlons maintenant du fonctionnement du radiateur. Soit à l'état initial la température dans le caisson supérieure à la température ambiante et à la température de seuil fixée par la résistance de réglage R2. Dans ce cas, la résistance de la thermistance R4 est faible et la chute de tension à ses bornes est inférieure à Upor. Dans ce cas, il y a un niveau logique bas à la sortie de l'élément DD1.2 et aucun courant ne traverse le réchauffeur. Au fil du temps, la température dans la boîte en raison de son refroidissement commencera à diminuer. La résistance de la thermistance R4 et la chute de tension à ses bornes commenceront à croître et, lorsque la tension atteindra le niveau Upor, un front de basse tension de bas niveau se formera à la sortie de DD1.1. Lors de la formation de ce front, les états des sorties des éléments logiques DD1.2, DD1.3, DD1.4 changeront, à la suite de quoi le dispositif de commande de chauffage commutera. A la sortie de l'élément DD1.2, une tension va s'établir correspondant à la tension de stabilisation VD1 et à la chute de tension aux bornes de la LED HL1, et un courant donné va traverser le transistor VT2. Le dissipateur de chaleur VT2 réchauffera l'air dans la boîte. La température de la thermistance R4 commencera à augmenter et la tension à ses bornes diminuera. Lorsque l'égalité approximative de la chute de tension aux bornes de la thermistance R4 et de la tension Upor est à nouveau atteinte, le dispositif de commande revient à son état d'origine et le courant à travers le transistor VT2 s'arrête à nouveau. Ces commutations sont répétées à des intervalles dont la durée est déterminée par les caractéristiques de l'échange thermique du boîtier. Dans ce cas, la température de l'air dans la boîte changera près de la valeur fixée par la position du curseur de la résistance R2. Les principales unités fonctionnelles de l'appareil décrit sont situées sur la carte de circuit imprimé (Fig. 4). À l'extérieur de la carte se trouve un transistor VT2. Pour assurer le chauffage de tout le volume de la boîte, le transistor VT2 et la thermistance R4 doivent être espacés le plus possible. Le chauffage implique l'utilisation des éléments suivants : transistors VT1, VT2 dans des boîtiers en plastique, microcircuits K176LE5 ou K176LA7 (DD1) et KR142EN8D dans un boîtier en plastique (DA1), résistances R1, R3, R6 - R9 - MLT, S2-33, MT ou leurs analogues, R2, R5 - SP5-2, R4 - MMT avec une valeur nominale de 8 ... 12 kOhm, condensateurs C1-C3 - KM de n'importe quel groupe.
L'emplacement du réchauffeur à l'intérieur du boîtier TK est illustré à la fig. 5. Le transistor VT2 est monté sur un dissipateur thermique en alliage d'aluminium de dimensions 120x70x3 mm. Il est fixé à l'entretoise mica par une douille PTFE qui isole la vis de fixation, et n'a donc aucun contact électrique avec le dissipateur thermique. À son tour, le dissipateur thermique n'a pas de fixations métalliques qui le fixent directement au corps de la boîte. Sur le bord du dissipateur thermique, face à la fenêtre de la boîte, il y a deux rangées de trous qui améliorent la circulation de l'air. Pour que les éléments générateurs de chaleur DA1, R8, R9 influencent le moins possible la thermistance R4, celle-ci est élevée au-dessus de la carte à une hauteur de 10 ... 15 mm.
Le réglage du mode de fonctionnement consiste à maintenir le coffret ouvert à une température égale au seuil d'enclenchement souhaité, en l'absence de courant dans le réchauffeur pendant 20...30 minutes. Évitez d'avoir de l'humidité à l'intérieur de la boîte. Après avoir réglé la température souhaitée, avec la résistance de réglage R2, vous devez faire briller la LED HL1, en arrêtant la régulation lorsque la tension aux bornes de la thermistance R4 est égale à la tension Upor. Auteur : G. Pilko, Kiev, Ukraine
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