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CXO用の簡易オーブン考察





CXO-050CをOCXOにするオーブンを考えてみた

発熱体は、抵抗が簡単なので、抵抗を発熱元とする回路を考えてみました。

最近のはやりなら、PICやAVRマイコンを使用するのが一般的と思いますが、ここではディスクリート部品で如何に簡単に実現するかを考えてみました。

あと、手持ち部品で作れるものという条件で考えてみました。

いきなり、検討結果!

出来るだけシンプルにしたオーブンOven回路

右上が実際に実験で作ってみた回路(R11とR12に分けてるのは、手持ちRで作った為)

R1,R2は手持ちの関係で10Wもありますが、1W程度で十分と思います。本来は、電源電圧と抵抗値で最大消費電力を計算して決めます。

また、R1とR2は直列にしていますが、並列の方が発熱が大きくなりますので、並列の方が本来は良いかと思われます。(0.8W ⇒ 1,6W*2)

実際、直列の現状回路では、発熱量が不足で、温度維持には十分な断熱が必須となりますし温度上昇も遅いです。

但し、並列にした場合は、Q3(2SD2012)もそれなりに発熱するので、ヒータの一部としてオーブンの物理構造を考えると熱効率が少しでも良くなるかと思います。

試作回路は、保温材次第ですが、50℃~53℃程度にコントロールできているのを確認しました。

個体によるブレがあるので、同じ回路で作成してもまったく同じ温度にはなりませんが、絶対温度は重要ではなく、同じ温度を維持できることが重要なので十分実用的と思います。

左下は、設定温度をより指定しやすく、温度上昇による設定値のブレも少なくしたつもりの回路です(実際には確認してません ^-^;)

凡そ、Vbe=0.6V(温度上昇に伴い小さくなる)を考えないで済みます。

 

各値は、以下のように計算できます。(hFEは十分大きいと考えて、ベース電流の配慮は省略)

ちなみに使用したTrのそれぞれのhFEは、2SC1825:270程度、2SD2012:450程度 なので、最終段で1A流したとしても、Q2に流れるベース電流は8μA程度なので、Q1のコレクタ電流は0.1mAも流せば、無視できる程度になります。

 

Ts:設定温度

(0.01mV * Ts / R13) * (R11 + R12) =( 5V – 1.2V)

1)設定したい温度Tsを決まます。

最近の気温と部品の(寿命を考慮した)動作温度を考えると50℃~55℃が良いかと思います。

2)R13を入力インピーダンスを考えて決めます。

あまり大きすぎても動作が計算通りに動かなくなるで、大きくても1kあたりが良いかと思います。

3)上の式から、R11+R12を計算します。

4)実際に入手できる近い値の抵抗値で改めて、Tsを計算して、問題ないか確認します。

 

まぁ、こんな感じ

 

1チップのサーモICなどもあるようですが、トランジスタと抵抗だけ(温度センサーは除く)で作った簡単オーブン回路でした。

 

追記:

実験中。保温材のないこの状態でもほぼ52.3℃を±0.1℃程度でキープしています。

Simple OvenによるOCXOの実験機

回路は結局R1とR2を並列接続した以下となりました。実験機の温度センサーLM61の電源は、CXOに供給の安定化3.3Vを使用しています。

OCXO用 52℃ Simple Ovenの回路図

実はこの回路には大きな欠陥があります。それは、設定温度と5V電圧に密接な関係があるので、ある程度正確な5Vが必要となることです。

その対策としては、1段目のQ1の電源をLM61と同じ内部安定化の3.3Vを供給します。もちろんこの時はR11+R12の値は見直しが必要です。

供給する電圧によって変わりますが、3.3Vの場合はR11+R12を4kにすれば丁度良さそうです。

ん?実測では46.2℃…..?

計算はあってそうなので、値を確認しないで使用した中華製金属皮膜抵抗の値が大きかったのかもしれない。

ボケて4.7Kを使ってました。そもそも標準値で4Kなんてないですもんね(-_-;)。近いところで3.9kでしょうか

OCXO用 52℃ Simple Ovenの回路図 fix

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