¿Cuál es el papel del diodo en este circuito de sensor de calor?

Question

simula este circuito – Esquemático creado utilizando CircuitLab

Estoy construyendo un circuito de sensor de calor utilizando este modelo de circuito.

Lo que entiendo es que el parámetro \`\$\beta\$\' del transistor NPN es dependiente de la temperatura. Aumentar la temperatura, es decir, iluminar algo frente al transistor, aumenta la corriente del colector y por lo tanto el LED se enciende.

No entiendo la disposición de los resistores. Puedo ver que el diodo mantiene la unión base-emisor en polarización directa, pero ¿por qué es necesario esto? Creo que el potenciómetro se supone que debe mantener la sensibilidad, ¿pero cómo lo hace?

Quiero entender cómo funciona este circuito.

El modelo de circuito se puede encontrar aquí.

Answer 1

El diodo forma una referencia rudimentaria. Se asume que está a temperatura constante (ambiente). Si calientas el diodo, obtendrás un efecto opuesto al calentar el transistor.

El efecto se debe principalmente a que el Vbe del transistor disminuye, lo que tiende a encenderlo a medida que sube la temperatura, no hFE.

Aquí hay una simulación con el transistor calentado de 20°C a 200°C (potenciómetro ajustado al 50%):

La gráfica indica la corriente del LED. Dependiendo del LED, puede ser bastante visible a una fracción de 1mA.

Si deseas una detección más estable por unos centavos más, puedes conectar el transistor como un diodo, agregar una referencia (por ejemplo, TL431) y usar un comparador u op-amp para hacer la comparación.

Answer 2

El BE en el transistor es también un diodo. Con el diodo D1 básicamente estás creando un voltaje de referencia bajo que se puede ajustar con más precisión con el potenciómetro.

Answer 3

Estableces el brillo a temperatura ambiente y usas el diodo como un sensor de calor aislado del transistor a temperatura ambiente.

La unión PN tiene un valor NTC aproximado de -2mV/+1'C con la corriente inicial algo equilibrada compartida entre el diodo y Vbe y el LED está ENCENDIDO. A medida que el diodo se calienta, Vbe disminuye debido a la caída de voltaje del diodo a medida que consume más corriente, la base consume menos corriente y el LED se vuelve más tenue.

La relación de Vbe con Ic es cuadrática y, aún si el hFE fuera constante, la corriente de base no es lineal ni siquiera con una resistencia de base baja fija en el potenciómetro, ya que el Vbe del transistor también cambia con la corriente de base. Al final, es exponencial, por lo que si se consideraba que un aumento de 50'C era el mínimo de la corriente del LED a escala completa, un aumento de 25'C no será exactamente el punto medio de la corriente del LED. Pero indicará un brillo inverso con el aumento de temperatura del diodo.