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

дают с теми же параметрами термокомпенсирующего полупроводникового диода, а в случае вентильного включения фотодиода должны совпадать его темпера­ турные характеристики в вентильном режиме с темпера­ турными характеристиками смещенного в прямом на­ правлении термокомпенсирующего полупроводникового диода.

Представляет интерес термокомпенсация фотопреоб­ разователей с фототранзисторами. При этом термоком­ пенсация таких схем может быть

ту четырехслойных полупроводнико­ вых приборов является компенсация температурных изме­

нений напряжения переключения этих приборов. Эта термокомпенсация для фототиристора без управляюще­ го электрода (фотодинистора) может осуществляться выполнением последовательно с ним синтезированной цепочки с терморезистором с положительным диффе­ ренциальным сопротивлением (рис. 4-4), которая обес­ печивает снижение потенциала в точке А с ростом тем­ пературы с целью исключения ложного срабатывания (включения) фототиристора.

При применении фототиристоров с управляющим электродом выше описанная цепочка может быть вклю­ чена в цепь управляющего электрода (рис. 4-5).

Частотные фотопреобразователи широко использу­ ются в измерительной технике [Л. 55]. Недостатком этих схем является ихнестабильность работы, связанная с колебаниями напряжения питания и колебаниями тем­ пературы среды,

157

Рассмотрим схемы термокомпенсацин фотопреобра­ зователей с помощью термочувствительных полупровод­ никовых приборов.

На рис. 4-6 схемы фотопреобразователя введены следующие обозначения: Ri, Rz— резисторы; ФДі,

ФДг— фотодиоды; Сф С2 — конденсаторы; 7ф Tz — тран­

лаксационного автогенератора, построенного на двух транзисторах с коллекторно-базовыми связями фотодио­ дов ФД1, ФДг, позволяет преобразовать световой поток,

воспринимаемый ими, в частоту или период прямоуголь­ ных электрических импульсов. Но при этом изменение температуры окружающей среды приводит к нестабиль­ ности работы генератора. Соединив базы транзисторов Ti, Tz данного генератора посредством двух термочув­ ствительных диодов Д\, Дг, включенных встречно отно­ сительно друг друга, можно повысить термостабиль­ ность работы фотопреобразователя за счет того, что при подобном подключении диодов изменяется ток переза­ ряда и уровень перезаряда конденсаторов Сі, С2.

Большой температурной стабильностью обладает также схема фотопреобразователя, приведенная на рис. 4-7. На этой схеме введены следующие обозначения:

158

Работа схемы заключается в следующем. Изменение светового потока, воспринимаемое фотодиодами ФДі, ФДг, приводит к изменению частоты генерации преоб­ разователя. Выходной сигнал снимается с коллекторноэмиттерного перехода транзистора генератора.

Изменение температуры окружающей среды приво­ дит к изменению падения напряжения на диоде Д, что

Рис. 4-7. Фотопреобразова­ тель повышенной термостабилыюстп.

позволяет уменьшить колебания параметров преобразо­ вателя.

Наряду с большой температурной стабильностью, высокую стабильность к колебаниям питающего напря­ жения имеет схема, представленная на рис. 4-8.

Рис. 4-8. Схема фотопреоб­ разователя со стабилизаци­ ей по температуре и коле­ баниям напряжения пита­ ния.

Работа схемы заключается в преобразовании в по­ следовательность электрических импульсов управляю­ щего напряжения Е положительной полярности, посту­ пающего на вход транзисторов Т3, Тіг управляющих элементами времязадающих цепей. Особенность тран­ зисторов Т2, П, включенных так, как показано на

159

рис. 4-М, состоит в том, что они имеют коллекторпОэмиттерную характеристику типа стабилитронных, на­ пряжение стабилизации которых управляется напряже­ нием входа. Применение в разрядных цепях элементов типа стабилитрон при одновременном подключении баз транзисторов генератора через резистор позволяет рез­ ко повысить стабильность работы преобразователя при колебаниях питающего напряжения и колебаниях тем­ пературы окружающей среды.

4-3. ТЕРМОКОМПЕНСАТОР НА ТРАНЗИСТОРЕ ДЛЯ НИЗКООМНЫХ ОБМОТОК ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ СТРУЙНОГО РЕЛЕ

По условиям эксплуатации многие устройства авто­ матики вынуждены работать в широком диапазоне тем­ ператур окружающей среды, что без принятия специаль­ ных мер может привести к нарушению режимов работы или даже к полной потере работоспособности устрой­ ства.

Для предотвращения таких нарушений широкое применение находят различные термокомпенсаторы эле­ ментов схем для отдельных блоков устройств.

В отдельных случаях необходимо поддерживать по­ стоянной величину тока в обмотке электромагнита, ве­ личина сопротивления которой в значительной мере изменяется под действием температуры.

Изменение тока через электромагнит, вызванное изменением сопротивления под действием температуры, может вывести устройство, содержащее электромагнит, из нормальных условий работы, при которых изменение тока в обмотке электромагнита укладывается в задан­ ную область допусков.

Широкое применение при решении задач термоком­ пенсации находят полупроводниковые резисторы, рабо­ тающие в линейном режиме.

Однако при термокомпенсации низкоомными рези­ сторами обмоток электромагнита приходится сталки­ ваться с объективными трудностями, связанными с за­ труднительностью получения низкоомных терморезисто­ ров определенного номинала, что определяется техноло­ гией их производства.

В связи с этим термокомпенсаторы с такими термо­ резисторами имеют значительную стоимость.

160

В этом случае хороший эффект дает применение в качестве термокомпенсатора транзистора, включенного по схеме на рис. 4-9.

Принцип действия такой схемы [Л. 60, 94] основан на том, что выходные вольт-амперные характеристики транзистора (рис. 4-9,а) имеют насыщенный характер, а его температурный коэффициент отрицателен.

Рис. 4-9. Схема термокомпен­ сатора (а), график к расчету

Если с помощью резистора Rg установить какой-то номинальный ток нагрузки і$п, то при низких по вели­ чине значениях температурных коэффициентов можно ожидать малого изменения тока в нагрузке при измене­ нии температуры окружающей среды, так как меньшему наклону линии нагрузки при повышении температуры соответствует больший ток через транзистор и наоборот.

В схеме рис. 4-9,а температурная чувствительность наиболее высокая по сравнению с другими возможными схемами включения и во многом определяется величи­

ной коэффициента усиления транзистора ß. За гранич­ ный режим работы рассматриваемой схемы можно при­ нять режим, когда рабочая точка находится на изломе вольт-амперной характеристики транзистора (точка А

!б|

на рис. 4-9,6) при наибольшей положительной темпе­ ратуре.

При этом почти все напряжение питания приходится на нагрузку и, следовательно, можно записать, что

можно найти минимальное значение резистора, вклю­ ченного в его базу.

Справа рабочая область ограничена линией макси­ мально допустимой мощности, т. е. (для минимальной температуры окружающей среды) должно выполняться

Подбор транзисторов обеспечивает некоторые воз­ можности изменения зоны термокомпенсации и величи­ ны токов через компенсируемый резистор.

Так как рабочая точка при наибольшей положитель­ ной температуре может (при разных транзисторах и различных нагрузках) находиться далеко от граничной

масштабах могут возникнуть трудности с установлением величины сопротивления резистора /?б, что связано с разбросом величины серийно выпускаемых транзисто­ ров. В этом случае возможно сделать таблицу зависи­ мости ^ö(ß), которой следует руководствоваться при постановке резистора в цепь базы.

Обычно 'бывает необходимо обеспечить термокомпен­ сацию в заданном температурном интервале, не выходя за определенный диапазон изменений тока, протекаю­ щего через компенсируемый резистор. В этом случае требуется знание величины иедокомпеңсации внутри за­ данного диапазона.

I.G2

Поэтому для расчета термокомпенсаторов па тран­ зисторах необходимо знать:

1. Величину коэффициента усиления транзистора ß при максимальной температуре среды и напряжения

^к.э= 1 в.

2.Знание допустимой для данного транзистора мощ­ ности Рдоп*

3.Приращение тока коллектора в заданном диапа­

зоне температур, определяемое статистически, в связи с применением для этой цели серийно выпускаемых транзисторов.

Отметим, что в данном слууае можно обойтись зна­ нием коэффициента усиления ß, а не его интегральным

значением ß.

Экспериментальная проверка схемы термокомпенса­ ции с транзистором была проведена на обмотке элек­ тромагнита, имеющей сопротивление (32 ом при тем­ пературе окружающей среды 293°К и 31 ом при температуре окружающей среды 218 °К. В качестве компенсирующего элемента был взят транзистор П209. Напряжение питания поддерживалось постоянным и равным 26 в. Максимальная недокомпенсация в диапа­ зоне температур 218—333°К составила (рис. 4-9,б) 12%. Испытания проводились также с применением транзи­ сторов типа П214. Были испытаны 50 устройств с такого

с использованием в качестве компенсирующих элемен­ тов схемы серийно выпускаемых транзисторов в ряде случаев оказывается более эффективной по сравнению

сшироко распространенными термокомпенсаторами на терморезисторах, обеспечивая хорошую термокомпенсацшо, малую постоянную времени, возможности регули­ ровки. .

Немаловажным преимуществом термокомпенсаторов

стермотранзисторами является выигрыш в потребляе­ мой мощности, так как настройка термокомпенсатора может быть произведена таким образом, что при верх­

нем температурном диапазоне на термокомпенсаторе мощность практически не расходуется. Эти и другие положительные качества термокомпенсаторов на тран­ зисторах свидетельствуют о целесообразности дальней-

163