Файл: Кривоносов, А. И. Полупроводниковые датчики температуры.pdf

всхеме преобразователя использованы полупроводнико­ вые диоды Ди Д2 в обратном включении, находящиеся

вкаждой разрядной цепи и являющиеся управляющими

где I — ток разряда конденсатора; Е •— напряжение пи­ тания схемы; С — электрическая емкость конденсатора.

Преобразователь, построенный по данному принципу, отличается высокой термочувствительностыо при хоро­ шей термостабильности всей схемы термопреобразова­ теля в целом, что достигается соответствующим подбо­ ром полупроводниковых диодов и транзисторов. При этом необходимо, чтобы минимальный ток диода был больше обратного тока закрытого перехода база — эмиттер. Недостатком подобного преобразователя явля­ ется низкая линейность выходной статической характе­ ристики /=<р(/), которая представлена на рис. 3-26,6, в виде кривой 1.

Преобразователь температуры, принципиальная элек­ трическая схема которого представлена на рис. 3-26,в, отличается большей линейностью преобразования по сравнению со схемой преобразователя на рис. 3-26,а.

140

Выходная статическая характеристика данного преобра­ зователя представлена на рис. 3-26,6 в виде кривой 2. Сравнивая графики на рис. 3-26,6 между собой, можно сделать вывод, что схема преобразователя на рис. 3-26,в отличается большей линейностью при одновременно более высокой термочувствительности. Увеличение ли­ нейности выходной статической характеристики дости­ гается за счет использования резисторов Rs, Ri, которые включены параллельно термодиодам Ді, Дг относитель­ но разряжаемого конденсатора. Одновременное увеличе­ ние чувствительности в схеме рис. 3-26,в достигается за счет использования отрицательного смещения на ба­ зу каждого транзистора.

Преобразователь был построен на следующих эле­ ментах: транзисторы типа МП4І; напряжение источника питания £ = 25 в бралось от стабилизированного источ­ ника; в качестве диодов использованы диоды типа Д7Г

вобратном включении; коллекторная нагрузка Ri=Ri,=

=62 ком, Сі= С2=3 400 пф\ £5='£б=150 ком. При испы­

таниях схема показала хорошую температурную ста­ бильность при колебаниях окружающей температуры от 20 до 40 °С, что было достигнуто тщательным подбором диодов и транзисторов по обратному току запертого эмиттерно-базового перехода (необходимо, чтобы ток диода был больше обратного тока запертого перехода база — эмиттер).

Схема преобразователя температуры в частоту на

Для обеспечения работы схемы необходимо выполне­ ние условия, чтобы напряжение источника питания было больше напряжения переключения тиристора. В исход­ ном состоянии тиристор Tu заперт и конденсатор С заряжается от источника С/ШІТ. После достижения на тиристоре напряжения величины, равной напряжению переключения, конденсатор разряжается через тиристор и ограничительный резистор Ru до тех пор, пока ток, протекающий через тиристор, не станет меньше тока выключения. После этого тиристор снова вернется в ис­ ходное состояние. Вторым условием, необходимым для работы схемы, является наличие общей точки линии на­ грузки R и вольт-амперной характеристики тиристора. Таким образом, для определения величины R нужно

141

знать вольт-амперную характеристику тиристора при температуре, на которой производится настройка схемы, и величине тока в управляющем электроде. Кроме того, необходимо знать величину напряжения питания Umn- Тогда, проведя линию до пересечения е вольт-амперной характеристикой тиристора (рис. 3-27,6) на участке

Ян

а С= 10 мкф.

Частоту следования импульсов f можно подсчитать

142

где

(3-20)

(3-21)

где

Экспериментально определено, что ^выкл мало меня­ ется с изменением температуры, поэтому можно принять Iвыкл= 2,1 ма. Кроме того, для расчета зависимости частоты от температуры среды необходимо знать закон изменения Unep(T) (рис. 3-27,в). Для тиристора типа 2У101Г экспериментально установлено, что для UBeр, не превышающих 50 в, зависимость Une.v(T) для различ­ ных токов управления можно аппроксимировать прямы­ ми линиями, параллельными друг другу.

Для / у=134 мт зависимость Unev—f(T) можно най­ ти, зная значения Uueр для двух температур среды и проведя через соответствующие им точки прямую или имея для какой-либо температуры среды, равной, на­ пример, 297°К, зависимость Uasp=f{Iy) и какого-либо значения /упр, равного, например, 120 мка, зависимость Uuep{T) и произведя соответствующие построения, как это показано на рис. 3-27,в. При этом во втором случае имеется возможность расчета для широкого диапазона температур и частот. На рис. 3-27,г показана расчетная зависимость /=<р(^), а также экспериментально снятые данные.

При построении датчика температуры на варикапе

распределении напряжения на делителе в результате воздействия изменений температуры |Л. 92]. В качестве

143

Рис. 3-28. Практическая схема преобразователя изменения темпера­ туры в изменение частоты генерируемых синусоидальных колеба­ ний ( а) , графика к расчету преобразователя (б) и графика зависи­ мости частоты генерируемых колебаний от температуры (е).

144

Для каждой температуры среды можно найти на­ пряжение на варикапе и, зная закон изменения емкости варикапа от приложенного к нему напряжения [Л. 92], определить значения емкостей варикапа, соответствую­ щих различным температурам среды. Результаты вы­ числений сведены в табл. 3-2.

Таблица 3-2

Результаты расчета значений емкостей варикапа типа Д7Ж для различных температур среды

Электрическая схема датчика температуры на вари­ капе представлена на рис. 3-28,а. Варикап включен в колебательный контур ГВЧ, выполненного по схеме индуктивной трехточки. С целью исключения влияния измерительной цепи на параметры генерируемых коле­ баний в качестве активного элемента схемы использует­ ся пентод 6ЖЗП, включенный по схеме с электронной связью.

Генерируемая частота может быть найдена по фор­ муле

где L — индуктивность контура; С — суммарная емкость контура.

На рис. 3-28,6 показана зависимость частоты от тем­ пературы среды, где показаны как расчетная кривая, так и экспериментально снятые данные. При этом емкость монтажа, входящая в колебательный контур, принималась в соответствии с проведенными замерами равной 7 пф.

Как видно из рассмотрения этого рисунка, темпера­ турная чувствительность по частоте-возрастает с ростом температуры. В связи с этим целесообразнее применять подобные датчики при более высоких температурах.