На рис. 79 приведены принципиальные схемы простейших полупроводниковых термометров на диодах (рис. 79, а) и транзисторе (рис. 79,6), опубликованные в одном из американских радиожурналов. В термометре, схема которого дана на рис. 79, а, чувствительным элементом (датчиком) служат четыре кремниевых диода, включенных последовательно и питаемых постоянным током величиной 1 мА. При этом используется смещение вольт-амперной характеристики кремниевых диодов в сторону нуля на 2,11±0,06 мВI°С. Таким, образом, при увеличении температуры от —18 до +100° С напряжение, действующее на каждом диоде, уменьшается более чем на 400 мВ (от 688 до 270 мВ). Следовательно, на всех четырех диодах напряжение уменьшится на 1,6 В, т. е. будет в 4 раза больше.
Для измерения колебаний напряжения на диодах они включены в одно из плеч моста, в целом состоящего из делителя напряжения на резисторах R3—R5 и резистора R1 последовательно соединенного с диодами Д1—Д4. Индикатором термометра является микроамперметр, включенный в диагональ моста через переменный резистор R2. Мост питается постоянным напряжением 6 В, стабилизированным кремниевым стабилитроном Д5.
Налаживание диодного термометра сводится к калибровке его шкалы, которую осуществляют следующим образом. Диоды, покрытые водостойким лаком, помещают в сосуд с водой, температуру которой контролируют ртутным термометром. Длина проводников, соединяющих диоды Д1—Д4 с измерителем, может составлять несколько метров. Охлаждая или подогревая воду, можно пройти диапазон температур от нуля до 100° С, делая при этом соответствующие отметки на шкале микроамперметра. «Нуль» смещают в нужное место шкалы прибора, подстраивая переменный резистор R4, а диапазон измерения температуры подбирают переменным резистором R2. Для питания диодного термометра можно использовать любой источник постоянного тока напряжением 12—16 В.
Значительно большей чувствительностью обладает транзисторный термометр, схема которого изображена на рис. 79, б.
Это объясняется тем, что здесь в качестве чувствительного элемента используется транзистор, работающий в усилительном каскаде, собранном по схеме с разделенными нагрузками. Благодаря усилительным свойствам транзистора чувствительность термометра возрастает в десятки раз. Органы регулирования и настройки здесь такие же, как в ранее рассмотренной конструкции.
При изготовлении термометра по схеме рис. 79, а можно использовать диоды типа Д105 или Д106 (Д1—Д4), КС156А (Д5). В термометре по схеме рис. 79, б транзистор Т1 может быть типа КТ315 или КТ312 с любым буквенным индексом. Термометр с транзистором типа КТ312 будет обладать меньшей тепловой инерцией, так как у этого транзистора корпус металлический, а у КТ315 — пластмассовый.
Все описанные термометры могут измерять также и отрицательные температуры вплоть до —70° С. В этом случае в термометре целесообразно установить микроамперметр на 100 мкА с нулем в середине шкалы.
Полупроводниковые термометры очень удобны для дистанционного измерении температуры. Например, поместив несколько групп диодов в различных точках холодильника, путем переключения их можно контролировать температуру соответствующего участка. Другой пример — измерение температуры поверхности земли и околоземного слоя воздуха. В условиях сельской местности это имеет большое значение, так как может предупредить о наступлении весенних и летних заморозков на почве. Следить за температурой почвы или воздуха в саду или в огороде можно по показаниям прибора, установленного непосредственно в помещении. Возможны и другие варианты применения полупроводниковых термометров.
Васильев В. А. Зарубежные радиолюбительские конструкции. М., «энергия», 1977.
