z元件溫度補(bǔ)償技術(shù)論文

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1、Z元件溫度補(bǔ)償技術(shù)論文Z元件溫度補(bǔ)償技術(shù)論文Z元件溫度補(bǔ)償技術(shù)論文關(guān)鍵詞：Z-元件、敏感元件、溫度補(bǔ)償、光敏、磁敏、力敏一、前言半導(dǎo)體敏感元件對(duì)溫度都有一定的靈敏度。抑制溫度漂移是半導(dǎo)體敏感元件的常見(jiàn)問(wèn)題，Z-元件也不例外。本文在前述文章的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹Z-元件的溫度補(bǔ)償原理與溫度補(bǔ)償方法，供光、磁、力敏Z-元件應(yīng)用開(kāi)發(fā)參考。不同品種的Z-元件均能以簡(jiǎn)單的電路，分別對(duì)溫、光、磁、力等外部激勵(lì)作用輸出模擬、開(kāi)關(guān)或脈沖頻率信號(hào)[1][2][3]，其中后兩種為數(shù)字信號(hào)，可構(gòu)成三端數(shù)字傳感器。這種三端數(shù)字傳感器不需放大和A/D轉(zhuǎn)換就可與計(jì)算機(jī)直接通訊，直接用于多

2、種物理參數(shù)的監(jiān)控、報(bào)警、檢測(cè)和計(jì)量，在數(shù)字信息時(shí)代具有廣泛的應(yīng)用前景，這是Z-元件的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。但由于Z-元件是半導(dǎo)體敏感元件，對(duì)環(huán)境溫度影響必然也有一定的靈敏度，這將在有效輸出中因產(chǎn)生溫度漂移而嚴(yán)重影響檢測(cè)精度。因而，在高精度檢測(cè)計(jì)量中，除在生產(chǎn)工藝上、電路參數(shù)設(shè)計(jì)上應(yīng)盡可能降低光、磁、力敏Z-元件的溫度靈敏度外，還必須研究Z-元件所特有的溫度補(bǔ)償技術(shù)。Z-元件的工作原理本身很便于進(jìn)行溫度補(bǔ)償，補(bǔ)償方法也很多。同一品種的Z-元件，因應(yīng)用電路組態(tài)不同，其補(bǔ)償原理與補(bǔ)償方法也不同，特就模擬、開(kāi)關(guān)和脈沖頻率三種不同的輸出組態(tài)分別敘述如下。二、模擬量輸出的溫度補(bǔ)償

3、對(duì)Z-元件的模擬量輸出，溫度補(bǔ)償?shù)哪康氖强朔囟茸兓母蓴_，調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)，使輸出電壓穩(wěn)定。1．應(yīng)用電路Z-元件的模擬量輸出有正向(M1區(qū))應(yīng)用和反向應(yīng)用兩種方式，應(yīng)用電路如圖1所示，其中圖1(a)為正向應(yīng)用，圖1(b)為反向應(yīng)用，圖2為溫度補(bǔ)償原理解析圖。2．溫度補(bǔ)償原理和補(bǔ)償方法在圖2中，溫度補(bǔ)償時(shí)應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃為溫度補(bǔ)償?shù)墓ぷ骰鶞?zhǔn)，其中令：TS：標(biāo)準(zhǔn)溫度T：工作溫度QS：標(biāo)準(zhǔn)溫度時(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)Q：工作溫度時(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)QS￠：溫度補(bǔ)償后的靜態(tài)工作點(diǎn)VOS：標(biāo)準(zhǔn)溫度時(shí)的輸出電壓VO：工作溫度時(shí)的輸出電壓在標(biāo)準(zhǔn)溫度TS時(shí)，由電源電壓E、負(fù)載電阻RL決

4、定的負(fù)載線與TS時(shí)的M1區(qū)伏安特性（或反向特性）相交，確定靜態(tài)工作點(diǎn)QS，輸出電壓為VOS。當(dāng)環(huán)境溫度從TS升高到T時(shí)，靜態(tài)工作點(diǎn)QS沿負(fù)載線移動(dòng)到Q，相應(yīng)使輸出電壓由VOS增加到VO，且VO＝VOS＋DVO，產(chǎn)生輸出漂移DVO，。若采用補(bǔ)償措施在環(huán)境溫度T時(shí)使工作點(diǎn)由Q移動(dòng)到QS￠，使輸出電壓恢復(fù)為VO，則可抑制輸出漂移，使DVO＝0，達(dá)到全補(bǔ)償。(1)利用NTC熱敏電阻基于溫度補(bǔ)償原理，在圖1(a)、(b)中，利用NTC熱敏電阻Rt取代負(fù)載電阻RL，如圖3(a)、(b)所示，溫度補(bǔ)償過(guò)程解析如圖2所示。在圖3電路中，標(biāo)準(zhǔn)溫度TS時(shí)負(fù)載電阻為Rt，當(dāng)溫度

5、升高到工作溫度T時(shí)，使其阻值為Rt￠，可使靜態(tài)工作點(diǎn)由Q推移到QS￠，由于Rt.(2)改變電源電壓基于溫度補(bǔ)償原理，補(bǔ)償電路如圖4(a)、(b)所示，圖5為補(bǔ)償過(guò)程解析圖，其中負(fù)載電阻RL值不變，當(dāng)溫度由TS升到T時(shí)，產(chǎn)生輸出漂移DVO，為使DVO=0，可使ES相應(yīng)增大到ES￠，若電源電壓的調(diào)整量為DE，且DE=ES￠-ES，要滿足DE=-KDVO的補(bǔ)償條件，可達(dá)到全補(bǔ)償。其中，K為比例系數(shù)，“負(fù)號(hào)”表示電壓的改變方向應(yīng)與輸出漂移方向相反，比例系數(shù)K與負(fù)載線斜率有關(guān)，可通過(guò)計(jì)算或?qū)嶒?yàn)求取，且：為了得到滿足補(bǔ)償條件的按溫度調(diào)變的電源電壓，實(shí)際補(bǔ)償時(shí)可采用緩變

6、型PTC熱敏電阻、NTC熱敏電阻或溫敏Z-元件來(lái)改變電源電壓E，達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康模孩俨捎镁徸冃蚉TC熱敏電阻采用緩變型PTC熱敏電阻的補(bǔ)償電路如圖6所示。在圖6中，Z-元件與負(fù)載電阻RL構(gòu)成工作電路，工作電路的直流電源電壓E由集成穩(wěn)壓電源LM317電路供電，Rt為緩變型熱敏電阻，采用熱敏電阻Rt的LM317電路的輸出電壓為：按溫度補(bǔ)償要求，當(dāng)溫度增加時(shí)，電源電壓E應(yīng)該增加，Rt應(yīng)該增加，故Rt應(yīng)選緩變型PTC熱敏電阻。R2用于設(shè)定電壓E的初始值，合理選擇PTC熱敏電阻Rt的初始值及其溫度系數(shù)，使之滿足DE=-KDVO的補(bǔ)償條件即可達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康?。②采用NTC

7、熱敏電阻因緩變型PTC熱敏電阻市售較少，而且補(bǔ)償過(guò)程中溫度系數(shù)也難于匹配，多數(shù)情況應(yīng)采用NTC熱敏電阻。若采用NTC熱敏電阻進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，也可采用圖6所示電路，但要把R1與Rt互換位置。當(dāng)采用NTC型熱敏電阻時(shí)，為了便于熱敏電阻的補(bǔ)償匹配，可利用運(yùn)算放大器，實(shí)際補(bǔ)償電路如圖7所示。在圖7中，Rt為NTC熱敏電阻，A為由單電源VCC供電的反相輸入運(yùn)放構(gòu)成的比例放大器，通過(guò)該運(yùn)放的反相作用，使LM317的輸出電壓EO適合工作Z-元件工作電壓E的補(bǔ)償極性要求。例如，溫度升高時(shí)，EO下降，E增加；反之溫度降低時(shí)，EO增加，E減少。該補(bǔ)償電路的另一優(yōu)點(diǎn)是，可通過(guò)運(yùn)放比

8、例系數(shù)的附加調(diào)整便于NTC熱敏的補(bǔ)償匹配。(3)差動(dòng)補(bǔ)償①并聯(lián)差動(dòng)