Karakteristike velike večine elektronskih komponent so odvisne od temperature. Tako se bo padec napetosti na silicijevi diodi z naraščanjem napetosti zmanjševal, ojačenje tranzistorja bo naraščalo, spreminjala se bo vrednost upornosti in podobno. Spremembe lahko včasih izzovejo verižne reakcije: skozi segret tranzistor bo tekel večji tok, prišlo bo do še večjega segrevanja in na koncu lahko pride do uničenja tranzistorja.
Temperaturne spremembe se bodo odražale tudi na obnašanju elektronskih vezij, v katera so ti elementi vgrajeni, zato moramo pri načrtovanju elektronskih vezij paziti na ta efekt. Tukaj pogosto pomagajo prav isti efekti, ki povzročajo težave! Tako se, na primer, na hladilnik nekega ojačevalnika zraven močnostnih tranzistorjev postavi tudi majhen tranzistor kot temperaturni senzor. S segrevanjem močnostnih tranzistorjev se bo povišala tudi temperatura tranzistorja-senzorja, ki se mu bodo spremenile karakteristike. V primeru, da to spremembo uporabimo v elektronskem vezju, bo sprememba karakteristike tranzistorskega senzorja povzročila zmanjšanje vzbujanja močnostnih tranzistorjev in ne bo prišlo do prekomernega segrevanja močnostnih tranzistorjev. Podobne rešitve najdemo tudi pri veliko integriranih vezjih, kjer so močnostni tranzistorji in senzorji izdelani na skupni, zelo majhni ploščici silicija. Po majhni ploščici se temperaturne spremembe zelo hitro prenašajo, tako so vsi elementi na isti temperaturi – zaradi tega temperaturne spremembe znotraj integriranega vezja lažje nadzorujemo.
Razen težav, ki jih povzroči, temperaturno odvisnost elektronskih komponent lahko včasih tudi koristno uporabimo. Dober primer je integrirano vezje LM335, ki je prikazano v preprostem vezju elektronskega termometra na sliki 1. Pri sobni temperaturi znaša padec napetosti na integriranem vezju okrog 3 V in skozi upor R2 teče tok, ki je malenkost večji od 1 mA. Manjši del toka gre skozi R1, večji pa skozi LM335. Tukaj je zanimivo, da padec napetosti na LM335 ne bo odvisen od moči toka, ki teče skozi integrirano vezje (če je ta tok v mejah 0,4-5 mA) – padec napetosti bo določen izključno s temperaturo, na kateri se nahaja integrirano vezje. Vezje znotraj LM335 je načrtovano tako, da je temperaturna odvisnost linearna v mejah od -40 do +100 oC. Za integrirano vezje z oznako LM135 (katerega zelo težko najdemo v trgovinah) je temperaturni razpon še večji: -55 do 150 oC. Sprememba napetosti znaša 10 mV/oC, začne pa se pri absolutni ničli (-273,15 oC). Z drugimi besedami, pri absolutni ničli (če bi integrirano vezje lahko delalo pri tej temperaturi) bi bil padec napetosti na LM335 0 V, in z vsako stopinjo bi se padec napetosti zvišal za 10 mV. Zaradi takšnega obnašanja je vezje na sliki 1 temperaturni senzor, ki meri absolutno temperaturo (absolutno temperaturo merimo v kelvinih (K), sprememba 1 K je enaka spremembi 1 oC).
V primeru, da želimo izmeriti absolutno temperaturo, bomo z natančnim voltmetrom izmerili padec napetosti na LM335 in ter prebrano vrednost v mV delimo z 10, glej formulo F1
Pri običajni sobni temperaturi 25 oC (= 298,15 K) bomo izmerili padec napetosti okrog 2,98 V. Natančnost lahko izboljšamo z vgrajenim trimer potenciometrom R1. Dovolj bo, da z natančnim termometrom izmerimo temperaturo v bližini LM335 in naj bo:
T= 20 oC
Potem temperaturo pretvorimo v kelvine:
T = t + 273,15 K
Tako dobljeno absolutno temperaturo množimo z 10 in dobili bomo potreben padec napetosti na integriranem vezju LM335:
U = 10 * T = 2931,5 mV
V primeru, da odčitana vrednost odstopa od pričakovane, z vgrajenim trimerjem R1 nastavimo vrednost čim bolj natančno. S to nastavitvijo lahko dosežemo natančnost do 0,5 oC v celotnem merilnem območju. Zaželeno je, da je trimer R1 večobratni (multiturn) trimer potenciometer.
Opisano vezje je preprosto in dovolj natančno, uporabljene komponente pa so poceni – to je lepo, vendar mi temperature ne merimo v kelvinih, ampak v oC … Na srečo preračunavanje ni zapleteno: od dobljenega rezultata je dovolj odšteti 273,15 in dobili bomo temperaturo v oC, glej tabelo 1. Z modifikacijo po sliki 2 bo to odštevanje za nas naredilo elektronsko vezje! Dodali smo še eno integrirano vezje, TL431, in nekaj uporov. TL431 je napetostni stabilizator oziroma integrirana “zener dioda”. Za razliko od navadne Zener diode se delovna napetost TL431 lahko nastavlja v razponu od 2,56 do 36 V s pomočjo dveh zunanjih uporov (R3 in R4 na sliki 2). In še to, TL431 je temperaturno zelo stabilen in ima zelo majhno notranjo upornost, kar pomeni, da bo izhodna napetost bolj stabilna, kot če bi na istem mestu uporabili navadno Zener diodo. Napetost, ki jo potrebujemo, je 2,7315 V in jo nastavimo z večobratnim trimer potenciometrom R3 (tako velike natančnosti nimamo na inštrumentih, katere po navadi uporabljamo) in dovolj bo, da nastavimo 2,73 V. Prav takšen je tudi padec napetosti na LM335 pri temperaturi 0 oC. Če priklopimo voltmeter med točke “+” in “-“, bomo merili razliko padcev napetosti na LM335 in TL431 oziroma odstopanje temperature 0 oC. Odčitano vrednost v mV moramo deliti z 10, glej formulo F2.
Elektronski termometer bomo izdelali na koščku univerzalnega tiskanega vezja po sliki 3. Najboljše je tiskano vezje z že prevrtanimi luknjicami in z “bakrenimi otočki”, ki povezujejo po tri luknjice. Elemente postavimo na stran ploščice, ki nima bakra. Zdaj moramo še med seboj povezati posamezne otočke, za kar nam bodo prav prišli koščki žice, ki so nastali s krajšanjem izvodov uporov. V primeru povezovanja sosednih otočkov bomo to najlažje naredili, če naredimo povezavo na spodnji strani tiskanega vezja. V primeru povezovanja oddaljenih otočkov ali pa so postavljeni poševno, bomo povezave oblikovali na zgornji strani tiskanega vezja tako, da žico potisnemo skozi luknjice. V našem primeru ni potrebno izolirati žice za povezovanje, ker se povezave ne križajo med seboj. Večobratni trimerji morajo biti za vertikalno izvedbo; če so drugačni, bomo morali prilagoditi ploščico vezja. Poraba senzorja znaša okrog 3 mA. Za napajanje lahko uporabimo baterije, akumulator ali stabilizirani usmernik. Napetost napajanja je lahko med 5 in 20 V; pri višjih napetostih je zaželeno, da spremenite vrednosti uporov R2 in R5 po tabeli 2.
