Юрий Ревич - Занимательная микроэлектроника

Немало интересных практических применений ОУ вы можете найти в многочисленной литературе, например, в классических трудах [5] и [6], а также в Интернете. А сейчас мы рассмотрим две полезные схемы, которые хорошо иллюстрируют особенности использования ОУ на практике.

Крупный недостаток современных компьютеров заключается в том, что они шумят — приходится только удивляться периодически возникающим спорам по поводу нюансов звучания той или иной акустической системы, если уровень шума системного блока не опускается ниже 30–40 дБ. Определяющий вклад в этот шум вносят вентиляторы блока питания и процессора. Частично решить проблему можно, если заменить дешевые вентиляторы на более дорогие, с лучшей конфигурацией лопастей и более надежными подшипниками. Но чтобы снизить шум до предельно возможного уровня, следует применять устройства регулирования скорости вращения — зачем вентилятору «завывать» на полных оборотах, если температура находится в пределах допустимого? Многие современные чипсеты способны сами регулировать обороты, вместе с тем в эксплуатации полно дешевых машин, в которых такой регулировки нет.

Заметки на полях

Простейший прием для снижения шума — просто включить последовательно с вентилятором резистор. Производители «кулеров», естественно, «закладываются» на наихудшие температурные режимы, и типовой вентилятор для процессорного радиатора имеет порядка 2300–2700 об/мин. На практике, если у вас достаточно просторный корпус, их можно безболезненно снизить до примерно 1700 об/мин, для чего у обычного вентилятора 60–90 мм следует в разрыв питания (красный провод) включить резистор сопротивлением от 51 до 100 Ом и мощностью не менее 0,5 Вт. Величина сопротивления подбирается экспериментально, обороты и температура процессора контролируются с помощью соответствующей программы, обычно прилагаемой к каждой материнской плате. При экспериментах не торопитесь — дайте процессору выйти на стабильный температурный режим, еще лучше — нагрузите его какой-нибудь громоздкой задачей, вроде архивации крупного файла или текстового поиска среди большого количества документов.

На рис. 6.10 приведена схема пропорционального регулятора оборотов вентилятора с защитой от перегрева. Защита нужна потому, что 99 % времени процессор занят менее чем наполовину, но в экстремальных задачах, и к тому же при повышенной температуре наружного воздуха, он может греться сильнее, тогда целесообразно запустить вентилятор на «полную катушку».

Рис. 6.10. Схема пропорционального регулятора оборотов вентилятора

Датчиком температуры R tслужит термистор — полупроводниковый терморезистор, обладающий большим отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (порядка 3–4 % на каждый градус). Из-за нелинейности термисторы трудно использовать в качестве датчиков для измерения температуры, но для не слишком точных регуляторов они подходят очень хорошо. Термистор (с отрицательным коэффициентом — не перепутайте с позисторими , которые имеют положительный коэффициент, но часто так же продаются под названием «термисторы») годится абсолютно любого типа, но предпочтительнее те, что оформлены в корпусах, удобных для обеспечения хорошего теплового контакта с радиатором, например, М703 фирмы EPSOS, имеющие отверстие для крепежного винта, или отечественные фольговые термисторы ТРП, которые легко приклеивать.

Работает схема очень просто. Термистор здесь, как видите, включен в цепь отрицательной обратной связи ОУ, выходной каскад которого для повышения мощности дополнен эмиттерным повторителем на транзисторе VT1. При повышении температуры сопротивление термистора снижается и напряжение на выходе эмиттерного повторителя растет, соответственно увеличивается и число оборотов вентилятора. Если температура продолжает повышаться, срабатывает блок аварийного включения, собранный на резисторах R5, R6, транзисторе VT2 и реле К1. При превышении установленного порога транзистор открывается, и контакты реле подключают вентилятор напрямую к питанию 12 В. Схема при этом «защелкивается» — вывести ее из этого состояния можно только выключением питания.

Конденсатор С1 обеспечивает начальный запуск: когда радиатор холодный, напряжения на выходе схемы может не хватить для того, чтобы стронуть вентилятор с места, а некоторые процессорные платы могут вообще не запуститься, если вентилятор не крутится. При включении питания С1 разряжен, и, заряжаясь, закорачивает резистор R1, в результате чего на вентилятор первоначально подается повышенное напряжение, достаточное для запуска, а раскрученный вентилятор потом уже будет работать нормально и при пониженном напряжении. При этом конденсатор С3 предотвращает срабатывание схемы защиты (если она все же будет срабатывать при запуске, то его номинал следует увеличить).

Во избежание всяческих неприятностей в компьютер следует устанавливать уже отрегулированную схему. Она настраивается таким образом, чтобы при температуре радиатора около 60 °C напряжение на питании вентилятора достигало 10,5 В (хотя ОУ AD820 выдает полный размах вплоть до напряжения питания, выше примерно 10,8 В его увеличить не позволит цепь «база-эмиттер VT1 — диод VD1»). Соответственно, при таком напряжении уже должна срабатывать защита. Перед настройкой временно отключите сопротивление R5 делителя аварийного отключения и конденсатор С1 схемы начального запуска, подключите схему к источнику питания 12 В, поместите термистор R tв среду с комнатной температурой и с помощью потенциометра R2 установите на эмиттере VT1 напряжение около 4–5 В (при установленном напряжении раскрученный вентилятор не должен останавливаться).

Затем поместите термистор в воду (завернув его в резиновый напальчник или поместив в узкий металлический стаканчик, что надежнее) с температурой 60–65 °C и подбором резистора обратной связи R4 установите на эмиттере VT1 напряжение около 10,5 В. Эту процедуру придется повторить несколько раз до получения нужных значений при обеих температурах. Затем подключите резистор R5 и, погружая термистор в среду с температурой выше 60 °C, подберите значение сопротивления R6 между базой и эмиттером VT2 так, чтобы аварийная схема срабатывала при достижении напряжения на вентиляторе ~ 10,5 В.

Если вы не найдете подходящий термистор R tс сопротивлением 10 кОм, как на схеме (например, фольговые не встречаются с номиналом более 1 кОм), то его можно заменить на любой другой в пределах от 1 до 50 кОм, при этом R4 также надо соответственно изменить. ОУ типа AD820 можно заменить и на рядовые модели (140УД7), но при этом предельно достижимый уровень напряжения на выходе значительно снизится (примерно до 9,5 В). Транзистор VT1 — КТ815Г или КТ815Б, лучше подобрать экземпляр с коэффициентом передачи по току не менее 100. Вместо реле РЭС49 можно поставить любое малогабаритное на напряжение 12 В.