CN107492234A - 一种场效应开关型气敏传感器报警控制电路 - Google Patents

一种场效应开关型气敏传感器报警控制电路 Download PDF

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韩宁
周新愿
王颖
刘海弟
陈运法
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    • G08B21/12—Alarms for ensuring the safety of persons responsive to undesired emission of substances, e.g. pollution alarms
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    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
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    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors

Abstract

一种场效应开关型气敏传感器报警控制电路，属于气敏传感器、报警器等电子领域。该电路由保护电阻、报警元件及场效应晶体管开关串联组成，将传感器与负载电阻的分压电路中用于报警的分压端连接场效应晶体管开关的栅极用于控制晶体管开关的打开或者关闭。该电路设计采用了电压控制的场效应开关器件作为控制电路，相比于传统通过电压比较器或者运算放大器控制的三极管电流控制开关，简化了电路结构，减少了电子元件的使用数量，降低了器件的功耗及体积。

Description

一种场效应开关型气敏传感器报警控制电路
技术领域
一种场效应开关型气敏传感器报警控制电路，属于气敏传感器、报警器等电子领域。
背景技术
气体报警器是一种利用气敏传感器分压电路中电压的变化触发的报警装置。其中，气敏传感器的工作原理为在一定的温度下，气敏材料的电阻随待测气体的浓度发生变化。通过与负载电阻等器件串联，此气敏电阻的变化将引起电路中负载电阻或者气敏传感器上分压的变化。此分压的变化即可驱动外电路报警或通过数模转换显示出待测气体的浓度信息。由于气敏传感器及其负载电阻的电阻值通常在102至109欧姆量级，远大于普通电源的内阻，因此上述分压通常不能直接用作电压源来驱动报警电路，而是通过复杂的电压比较器或者运算放大器等实现低内阻电压源的输出，以控制三极管开关等控制器，实现对LED灯、蜂鸣器等报警电路的驱动。目前，商业化的报警器(例如汉威GS天然气报警器)及大多数的专利(例如CN104835283A，CN201149720Y)中均采用此电压比较器或运算放大器控制的三极管开关报警电路。因此，现有技术的明显特征是气敏传感器的输出电压具有较大内阻，不能有效控制三极管开关这种电流控制元件，而采用了电压比较器或者运算放大器等元件将输出电压的内阻降低，最终实现控制三极管开关报警电路。该技术的实现需要多种电子器件，电路复杂，不仅降低了电路的可靠性，也阻碍了整体体积的进一步降低。
发明内容
本发明的目的是简化传感器的报警驱动电路，减少元器件的数量，降低功耗，提高电路的可靠性并减小集成电路的体积。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
使用场效应晶体管开关控制LED灯、蜂鸣器等报警元件工作。具体连接方式为气敏传感器的报警电压接场效应晶体管开关的栅极，场效应晶体管开关的源、漏极与报警器件串联，经过或不经过保护电阻连接电源正负极。当传感器分压电路为高电平报警时，选择增强型n沟道场效应晶体管作为控制开关；当传感器分压电路为低电平报警时，选择耗尽型p沟道场效应晶体管开关作为控制开关。
按上述方法连接的控制电路，其工作原理为：传感器分压电路为高电平报警时，选择增强型n沟道场效应晶体管作为控制开关。当分压电路为低电平时，场效应晶体管开关为关闭状态，报警器件不工作；反之，当分压电路为高电平时，场效应晶体管开关打开，报警器件工作。传感器分压电路为低电平报警时，选择耗尽型p沟道场效应晶体管开关作为控制开关。当分压电路为高电平时，场效应晶体管关闭，报警器不工作；反之，当分压电路为高电平时，场效应晶体管打开，报警器件工作。
附图说明
为了更清楚说明本发明实施例，以下使用附图1-3对其进行详细介绍。
图1.n型半导体气敏传感器与负载电阻串联分压高电平驱动的n型场效应管开关控制电路。(VDD为测试电压，RL为负载电阻，n-RSENSOR为n型氧化物半导体气敏电阻，n-FET为n型场效应管开关，LED为报警灯)；
图2.p型半导体气敏传感器与负载电阻串联分压低电平驱动的p型场效应管开关控制电路。(VDD为测试电压，RL为负载电阻，p-RSENSOR为p型氧化物半导体气敏电阻，R1为保护电阻，p-FET为p型场效应管开关，Buzzer为蜂鸣器)；
图3.n型半导体气敏传感器与负载电阻串联分压高电平驱动的互补型场效应管开关控制电路。(VDD为测试电压，RL为负载电阻，n-RSENSOR为n型氧化物半导体气敏电阻，R1为保护电阻，n-FET为n型场效应管开关，p-FET为p型场效应管开关，LED1为绿光报警灯，LED2为红光报警灯)；
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明做进一步的说明，为了使电路清晰，传感器的加热电路未画出，包括在传感器电阻中。需要说明的是，以下实例仅用于对本发明的进一步解释说明，而非对本发明保护范围的限定。
实例1，如图1所示，n型氧化物半导体SnO2气敏传感器(气敏电阻约10千欧姆)与负载电阻RL(1千欧姆)串联，传感器另一端接测试电压正极VDD(5V)，负载电阻另一端接地，取负载电阻的分压为报警输出电压，连接n型场效应晶体管(k514)的栅极。场效应晶体管的漏极接电源，源极通过红光LED报警灯(工作电压2V)接地。此时，负载电阻上的分压约为0.45V，不能将n型场效应晶体管开启，红光LED处于断电熄灭状态。当传感器遇到100ppm酒精时，其电阻降低到约1千欧姆，导致RL上的分压增大到2.5V。n型场效应晶体管的栅极电压为2.5V时已经处于开启状态，此时红光LED通电工作，发出红光报警。
实例2，如图2所示，p型氧化物半导体Cu2O气敏传感器(气敏电阻约10千欧姆)与负载电阻RL(10千欧姆)串联，传感器另一端接测试电压正极VDD(5V)，负载电阻另一端接地，取负载电阻的分压为报警输出电压，连接p型场效应晶体管(C248AP)的栅极。场效应晶体管的源极接地，漏极接蜂鸣器(工作电压3V)，并通过100欧姆保护电阻串联接于电源。此时，负载电阻上的分压约为2.5V，p型场效应晶体管处于关闭状态，蜂鸣器处于断电关闭状态。当传感器遇到100ppm丙酮时，其电阻升高到100千欧姆，导致RL上的分压减小到约0.45V。p型场效应晶体管的栅极电压为0.45V时已经处于打开状态，此时蜂鸣器通电工作，发出声音报警。
实例3，如图3所示，n型氧化物半导体ZnO气敏传感器(气敏电阻约1兆欧姆)与负载电阻RL(100千欧姆)串联，传感器另一端接测试电压正极VDD(10V)，负载电阻另一端接地，取负载电阻的分压为报警输出电压，连接p型场效应晶体管(J44)及n型场效应晶体管(k544)的栅极。p型场效应晶体管的漏极通过绿光LED灯(工作电压3V)及保护电阻R1接电源正极，源极接地。n型场效应晶体管的漏极通过保护电阻接电源正极，源极通过红光LED报警灯(工作电压2V)接地。此时，负载电阻上的分压约为0.45V，p型场效应晶体管处于导通状态，n型场效应晶体管处于关闭状态，绿光LED处于通电发光状态显示气体浓度低于报警浓度，而红光LED处于断电熄灭状态。当传感器遇到10ppm甲醛时，其电阻降低到约100千欧姆，导致RL上的分压增大到2.5V。此时，p型场效应晶体管被关闭，n型场效应晶体管被打开，绿光LED处于断电熄灭状态，而红光LED处于通电发光状态进行报警。

Claims (6)

1.一种场效应开关型气敏传感器报警控制电路，其特征在于：使用场效应晶体管开关作为电路控制元件，与报警器件经过或不经过保护电阻进行串联作为报警控制电路。
2.如权利要求1所述的一种场效应开关型气敏传感器报警控制电路，其特征在于：控制场效应晶体管开关的电压为气敏传感器与负载电阻串联电路的分压，气敏传感器与负载场效应晶体管串联电路的分压，或者气敏传感器与气敏传感器串联电路的分压。
3.如权利要求1、2所述的一种场效应开关型气敏传感器报警控制电路，其特征在于：采用高电平作为场效应晶体管开关的控制电压时，选择n型场效应晶体管作为开关；采用低电平作为场效应晶体管开关的控制电压时，选择p型场效应晶体管作为开关。
4.如权利要求1、2所述的一种场效应开关型气敏传感器报警控制电路，其特征在于：所述场效应晶体管为增强型或者耗尽型，其中n沟道的场效应管开关优选为增强型，p沟道的场效应管开关优选为耗尽型。
5.如权利要求1、2所述的一种场效应开关型气敏传感器报警控制电路，其特征在于：所述气敏传感器是室温工作的传感器，或者是通过加热回路加热后工作于一定温度下的气敏传感器。
6.如权利要求1所述的一种场效应开关型气敏传感器报警控制电路，其特征在于：报警器件选择为蜂鸣器，红、黄、绿色LED灯，继电器等电子器件。
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