Назначение
Всем пользователям известна проблема шума, производимого некоторыми системными блоками ПК. Главные источники – разумеется вентиляторы и процессорный кулер.
Существуют специализированные утилиты, которые умеют управлять оборотами вентиляторов. Однако работают такие программы не на всех системных платах, особенно на старых ПК. Да не всегда очень разумно. Так, например, на этапе загрузки ОС ПК вентиляторы будут работает на своих максимальных оборотах.
Для управления оборотами вентилятора можно сделать простой аналоговый регулятор с отдельным термодатчиком, закреплённым на радиаторе кулера и другом месте внутри корпуса, если это притяжной или вытяжной вентилятор.
Схема для вентилятора без таходатчика на компараторе
Схема реализована компараторе LM311 (отечественный аналог – КР554СА3). Несмотря на то, что применён компаратор, регулятор обеспечивает линейное, а не ключевое регулирование.
Данный компаратор имеет относительно мощный выход с открытым коллектором, что позволяет подключать к нему вентилятор без дополнительных транзисторов.
Благодаря тому, что входной каскад построен на р-n-р транзисторах, которые включены по схеме с общим коллектором, даже при однополярном питании можно работать с низкими входными напряжениями, находящимися практически на потенциале земли.
Так, при использовании диода в качестве термодатчика нужно работать при потенциалах входов всего 0,7 В, что не позволяют большинство ОУ. Любой компаратор можно охватить отрицательной обратной связью, тогда он будет работать так, как работают операционные усилители (кстати, именно такое включение и использовано).
В качестве датчика температуры очень часто применяют диоды. У кремниевого диода р-n переход имеет температурный коэффициент напряжения примерно -2,3 мВ/°С, а прямое падение напряжения – порядка 0,7 В.
Большинство диодов имеют корпус, совсем неподходящий для их закрепления на радиаторе. В тоже время некоторые транзисторы специально приспособлены для этого. Одними из таких являются транзисторы в корпусе TO-126.
Если подобный транзистор привинтить к радиатору, коллектор транзистора окажется с ним электрически соединённым. Чтобы избежать неприятностей, в схеме, где этот транзистор используется, коллектор должен быть заземлён.
Можно, конечно, просто использовать один из переходов транзистора как диод. Но есть более рациональное решение. Дело в том, что температурный коэффициент диода относительно низкий, а измерять маленькие изменения напряжения достаточно тяжело.
Тут вмешиваются и шумы, и помехи, и нестабильность питающего напряжения. Поэтому часто, для того чтобы повысить температурный коэффициент датчика температуры, используют цепочку последовательно включённых диодов.
У такой цепочки температурный коэффициент и прямое падение напряжения увеличиваются пропорционально количеству включённых диодов. Добавив всего два резистора, можно сделать на транзисторе двухполюсник, поведение которого будет эквивалентно поведению цепочки диодов, что и сделано в описываемом терморегуляторе.
В описываемом регуляторе температурный коэффициент выбран равным примерно -20 мВ/°С, при этом прямое падение напряжения составляет около 6 В.
Датчик температуры VT1R2R3 включён в измерительный мост, который образован резисторами R1, R4, R5, R6.
Питается мост от параметрического стабилизатора напряжения VD1R7. Необходимость применения стабилизатора вызвана тем, что напряжение питания +12 В внутри компьютера довольно нестабильное (в импульсном источнике питания осуществляется лишь групповая стабилизация выходных уровней +5 В и +12 В).
Напряжение разбаланса измерительного моста прикладывается к входам компаратора, который используется в линейном режиме благодаря действию отрицательной обратной связи. Подстроечный резистор R5 позволяет смещать регулировочную характеристику, а изменение номинала резистора обратной связи R8 позволяет менять её наклон. Ёмкости С1 и С2 обеспечивают устойчивость регулятора.
Смонтирован регулятор на печатной плате (рис. ниже), транзистор крепится на радиаторе процессора, а к плате подключается монтажным проводом.
Закрепить транзистор на радиаторе несложно, можно даже просто вставить его между рёбер, обеспечив тепловой контакт с помощью теплопроводящей пасты. Ещё одним способом крепления является применение клея с хорошей теплопроводностью.
Правильно собранная схема практически не требует настройки: нужно лишь подстроечным резистором R5 установить требуемую частоту вращения вентилятора, соответствующую текущей температуре.
На практике у каждого конкретного вентилятора существует минимальное напряжение питания, при котором он начинает вращаться. Настраивая регулятор, можно добиться вращения вентилятора на минимально возможных оборотах при температуре радиатора, скажем, близкой к окружающей.
Схема для вентилятора с таходатчиком на транзисторах
Если вентилятор оборудован таходатчиком, то уже нельзя включать регулирующий транзистор в «земляной» провод вентилятора. Поэтому внутренний транзистор компаратора здесь не подходит.
В этом случае требуется дополнительный транзистор, который будет производить регулирование по цепи +12 В вентилятора. В принципе, можно было просто немного доработать схему на компараторе, но для разнообразия была сделана схема, собранная на транзисторах.
Принципиальные схемы этих двух вариантов терморегулятора имеют много общего. В частности, датчик температуры и измерительный мост совершенно идентичны.
Разница заключается лишь в усилителе напряжения разбаланса моста. Во втором варианте это напряжение поступает на каскад на транзисторе VT2. База транзистора является инвертирующим входом усилителя, а эмиттер – неинвертирующим.
Далее сигнал поступает на второй усилительный каскад на транзисторе VT3, затем на выходной каскад на транзисторе VT4. Назначение ёмкостей такое же, как и в первом варианте. Методика настройки такая же. Печатная плата этого варианта приведена на рисунке ниже.
Схема для вентилятора с таходатчиком на компараторе
Третий вариант схемы и печатной платы построен на компараторе в сочетании с транзистором, что позволяет использовать встроенный таходатчик кулера.
Этот вариант схемы проще, чем на транзисторах, работает точнее за счёт использования компаратора, а также позволяет управлять довольно мощными вентиляторами (даже сразу несколькими, например, работающими на охлаждение всего корпуса).