Если ваш любимый инструмент – молоток, любая проблема будет казаться гвоздем.
Абрахам Маслоу

Учитывая, как часто я вожусь с аналоговыми таймерами LM555 и LMC555, Маслоу, наверное, написал этот знаменитый афоризм специально для меня… Ну вот, я снова за старое. Гистерезисный регулятор.

Схема на Рисунке 1 превращает универсальный таймер 555 в устройство, роль которого значительно отличается от обычного аналогового генератора или таймера. Здесь он объединен с NTC термистором (с отрицательным температурным коэффициентом) и одним (или, по желанию, двумя) резисторами, образуя программируемый резисторами релейный термостат. Он легко настраивается для нагрева или охлаждения.

Рисунок 1.	Базовая конфигурация релейного нагревателя. Пороговое сопротивление термистора равно RB/2. Необязательный резистор RH устанавливает желаемый температурный гистерезис. Номинальная выходная мощность составляет 4.5 Вт (15 В, 300 мА).

Одной из малоизвестных (или, по крайней мере, недостаточно документированных) особенностей микросхемы 555 является то, что происходит, если соединить вывод 6 «Порог» (THR) с V_DD, как показано на Рисунке 1. В этом случае вывод 2 «Запуск» (TRG) превращается в инвертирующий вход аналогового компаратора, который устанавливает на выводах 3 «Выход» (OUT) и 7 «Разряд» (DSC) высокий уровень, если напряжение на выводе TRG меньше V_DD/3, и низкий уровень, если напряжение на выводе TRG больше V_DD/3.

Если объединить эту особенность с NTC термистором и резистором смещения R_B, как показано на схеме, то вуаля! Вы получаете простой, но практичный термостат. Он включает питание (и притом значительное: до 15 В и 300 мА) нагрузки (например, резистивный нагреватель), если температура термистора ниже заданного значения (сопротивление термистора больше R_B/2). Питание отключается при повышении температуры (сопротивление термистора меньше R_B/2).

Но это еще не все. Поскольку точность термостатирования зависит только от соотношения сопротивлений, а не от абсолютных значений напряжения, напряжение V+ не требует стабилизации. Фактически, если пульсации не влияют на нагрузку (например, для резистивного нагревателя это совершенно не имеет значения), то даже не требуется фильтрация!

Кроме того, если поменять местами термистор и резистор, как показано на Рисунке 2, и подключить охлаждающий вентилятор (или, возможно, термоэлектрический охладитель), режим регулирования температуры изменится на противоположный. Теперь постоянной будет поддерживаться максимальная температура вместо минимальной. Если выходная нагрузка индуктивная (например, двигатель вентилятора), не беспокойтесь о возможных индуктивных бросках напряжения. Выход LM555 имеет собственную защиту от обратного выброса.

Рисунок 2.	Конфигурация охладителя. Пороговое сопротивление термистора равно 2RB.

Если требуется температурный гистерезис ΔT, то для типичных NTC термисторов (порядка 4 %/°C) существует простое (хотя и приблизительное) эмпирическое правило для определения сопротивления R_H: R_H = 680 кОм/ΔT[°C].

Рисунок 3.	Типичная конфигурация для срабатывания при 50 °C. Нагрев (слева), охлаждение (справа) с гистерезисом порядка 1°.

1. Datasheet Texas Instruments LM555
2. Datasheet TDK B57891S