Интегральные датчики температуры

Интегральные датчики температуры (ИДТ) широко применяются в электронной аппаратуре. С одной стороны, это связано с необходимостью обеспечения требуемых характеристик аппаратуры в широком диапазоне температур и питающих напряжений, а с другой – с проблемой обеспечения оптимальных тепловых параметров элементов и защиты их от перегрева и потери точности, связанных с нарушением режима питания.

Работа большинства интегральных термодатчиков [1] основана на использовании напряжения на прямо смещенном кремниевом p-n-переходе. Величина этого напряжения имеет следующий вид:

(9.1)

где U – напряжение на переходе,

k – постоянная Больцмана,

T – абсолютная температура,

q – заряд электрона,

I – ток через переход,

Is – обратный ток насыщения, величина которого зависит от конфигурации и температуры перехода.

Однако непосредственное применение формулы (9.1) для точного измерения температуры затруднительно по двум причинам: во-первых, существует значительный разброс «начального» прямого падения напряжения на переходе, связанный с технологией изготовления последнего, а во-вторых, существенный вклад в значение U(T) вносит температурная зависимость Is. Для исключения данных эффектов измерение температуры в ИДТ производится по разности напряжений двух p-n-переходов, а точнее напряжений база-эмиттер ΔUбэ двух интегральных транзисторов с различной плотностью токов эмиттера, для чего можно использовать транзисторы с разными площадями эмиттерных переходов или набор одинаковых транзисторов, соединенных параллельно. Разность напряжений ΔUбэ одиночного транзистора VT1 и транзистора VT2, образованного N параллельно соединенными такими же транзисторами, при равных токах их коллекторов пропорциональна величине абсолютной температуры согласно формуле:

(9.2)

Одна из типовых схем измерения температуры, реализующая описанный принцип, так называемая ячейка Брока (Brokaw Cell), приведена на рис. 9.6.

Рисунок 9.6 – Схема измерения температуры и получения прецизионного опорного напряжения на ширине запрещенной зоны (Band Gap)

 

Как видно из рис. 9.6, токи эмиттера и коллектора транзистора VT2 (последний представляет собой N включенных параллельно транзисторов, идентичных VT1) определяются отношением ΔUбэ/R2, где ΔUбэ – разность напряжений база-эмиттер транзисторов VT1 и VT2. Протекая через резистор R, ток коллектора VT2 создает на нем падение напряжения ΔUбэ×(R/R2), следовательно, напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя (ОУ) равно разности Uвх – ΔUбэ×R/R2. Напряжение на неинвертирующем входе ОУ равно той же величине с точностью до десятков микровольт, а поскольку в цепи коллектора VT1 установлен резистор с тем же номиналом R, токи коллекторов транзисторов I1 и I2 оказываются равными, и они суммируются на резисторе R1. В результате падение напряжения на R1 будет пропорционально абсолютной температуре и определяется формулой:

(9.3)

 

Термопары

 






Дата добавления: 2016-12-16; просмотров: 2590; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2022 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.017 сек.