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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 29.10.2024

Просмотров: 84

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

В е л и ч и н а k„ о п р е д е л я е т с я с л е д у ю щ и м у р а в н е н и е м :

 

 

 

s R ct ( Т *) ~r 1 _s R CT (7\) 4 - 1

 

 

ks = q

qRaT(T’a) +

1

pRoT(T'i) +

1_

 

 

 

r2— 7\

 

 

 

S -

P

„

 

( №

+ 1) df"e7’ 1 +

1)5X .

-<? 7 W

,

 

rp^ öooCs/ra (ГбГ=+1) +

,

X (Т",б7’. +

1) - еВ/Гі (т'бГі + О X

1

+

(Y W .+ О (Yr"eТ г +

D] [p R '6 x <?е/Г’Х

 

 

Х № + і)(т Ѵ , + і)

 

 

X

(y V

\

+ D

y+W (

H

{T'"tTt+)

\ y

 

Применяя те же рассуждения, величину температуры, при кото­ рой погрешность максимальна, определим следующим уравнением:

(М26)

і=і

Величина Гап находится из выражения, аналогичного выражению

(1-91), т. е.

п

Л - Ѵ 7 - ™

Е і =

(Гап - Г,) + А.

(1-127)

1—1

Решение этой задачи для транзистора в схеме с общей базой является более громоздкой, чем в схеме >с общим эмиттером, так как выражение для Е ц более громоздкое, чем для £,-э.

З а д а ч а 2. Определить условие линеаризации цепи с заданной выходной температурой зависимостью при данной температуре с не­ обходимой точностью.

Величина коэффициента наклонна прямой аппроксимации при ре­ шении этой задачи определяется согласно уравнению (1-24):

 

 

(s — р ) R ' 6ooéВк'ІТап

К = 9

 

Вк*ІТл

Ч'б’Вап +

-^ Х

 

/ В,

к'

(ч"6Ты) W"6T„ + ! ) + і

X!

 

Y'e- Y " 6

 

7 \V

(Y 'V /'an+l)M Y ',' 67’a n + .l)

 

 

(Y"6

(Y'eT’an + 1)

(1-128)

 

^ a n +

I)s (Y",e7,. n +

 

0

4*

51

М а к с и м а л ь н ы й д и а п а з о н т е м п е р а т у р о п р е д е л я е т с я с л е д у ю щ и м

у р а в н е н и е м :

п

 

 

 

 

а *

4 "Еі=

 

 

 

 

 

 

(м29)

З а д а ч а

3.

 

і= 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н айт и л и н е й н ы е

парамет ры

с х е м ы д л я

п о л у ч е н и я

в з а д а н н о м

д и а п а з о н е н е о б х о д и м о й

л и н е й н о й

зависимост и.

уравнений

Решение этой

задачи

сводится

к решению системы

(1-33), которая для данного случая имеет следующий вид:

 

 

 

s{tr6ooeBJT,_______ т'бЛ + 1

 

+ 1

 

 

 

 

 

Df

 

1 > (Т 'У . + 1) ( Y 'A A + 1)

 

--- RcX-Stl/l ( А ) I

 

BJT, _______ Y'cA +

1______

 

Р *

бооЙ

(у"б7\ +

1) (Y 'V ,

+ 1)

+

1

 

 

 

 

 

n,

 

BJT,

 

-j'f, A +

1___________

1

 

 

 

 

 

sl<ecoe

 

( т " б Л +

i)(Y " V '. + i

r

„

 

 

 

’

-

 

BJT,

 

V , r , +

I

 

 

,

, -

Д-

. “

| Г ) ’

 

P K ^

e

(Y"6A + D ( Y ' A A A 0

+

 

 

 

 

 

s R ,

eBJ T» _______ ___________________ +

!

=

 

 

 

 

^ 6 o o g

 

(Y "t7,« + 1 ) ( Y " W , +

1)+

1

 

 

 

 

Dur

A

' r « ________ •y>«7’» + _i_________ ,

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= А х .за д (A i) + A l

 

 

 

 

 

 

Лпт

r .

 

;i

 

O'i — ^л.з*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i=i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1-130)

■s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решая эту систему относительно неизвестных Гм, <7, s и р, опре­

деляем линейные параметры схемы.

 

 

 

 

 

 

 

 

З а д а ч а

4.

Найти

п р я м у ю ,

п р о х о д я щ у ю

через д а н н у ю

точку

с о п р е д е л е н н о й

погреш ност ью .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1-35),

В этом случае решение определяется системой уравнений

которая имеет вид:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-D,

Д

/Гап _________Т/«7’«

+ 1__________ +

1

_

р

,т ..

 

SRö°°e

 

(Y'YAb +

1) W 'tTn +

1) +

 

 

9 ---------------------------- т-r?--- і—і---------------------- Kci.s И anli

 

„D,

/ / a n

_________ + .І __________________+

1

 

 

 

 

 

PR 600e

 

(Y, , 67'an+ l ) ( Y ” '67’a n +

О ^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г

ß

,

 

 

y' b— y" b

 

 

 

 

(s — /?) R ' 6oo Д ' Гап

T'an

^"« А п +

l)* (Y " '.A n +

D

‘

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В IT

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pR>6ooe

«' onX

 

 

 

 

 

 

 

+ ,v„ ,

 

Y'bA h+

 

 

l) J

 

 

 

 

 

 

 

 

(Y",a7’an+l)(Y',B7’an +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

YYAhi +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X (Y".7’. n + 1) ^'"вА ш +

1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

52

v ' Г Г - -и О Л -L I

X -

+ 1

ТГ' 7т Ш

I J - I

— Rax. а(7.„) + Лдоц-Ь^л^мІ

)

(1-131)

Решение этой системы относительно неизвестных 0П, q, р и s возможно при применении вычислительных машин. При этом следует отметить, что решение третьей и четвертой задач синтеза в случае применения транзисторов можно проводить не только выбором линей­ ных параметров схемы, по и настройкой с помощью токов управле­ ния І 0 и Іч . Исследование температурной характеристики транзи­ сторов, как функции двух переменных І у , Т, представляет собой достаточно сложную задачу и выходит за рамки настоящего ис­ следования.

1-3. ПРИМЕНЕНИЕ ЗАДАЧ СИНТЕЗА ПРИ РАСЧЕТЕ ДВУХПОЛЮСНЫХ СХЕМ ИЗМЕРЕНИЯ

Возможность получения температурных характеристик цепей с за­ данными свойствами представляет большой интерес для 'практики применения полупроводниковых приборов. Она позволяет получать датчики температуры с равномерной шкалой измерения на опреде­ ленном диапазоне, осуществлять правильный выбор типа полупровод­ никового прибора для выполнения необходимых требований, обес­ печивать термокомпенсацию полупроводниковых приборов. Таким образом, вопрос применения полученных решений является доста­ точно обширным, и полученные результаты не могут быть освещены в данной работе в полной мере.

Рассмотрим в качестве примера синтез партии двухполюсников с полупроводниковыми приборами с идентичными характеристиками на базе партии полупроводниковых приборов с различными темпера­ турными характеристиками. Эта задача возникает при создании пар­ тии датчиков температуры с заданной температурной зависимостью. В связи со значительным разбросом параметров обеспечение желае­ мой температурной характеристики в случае применения каждого прибора возможно яри подборе линейных параметров схемы. Таким образом, эта задача в сущности сводится к третьей задаче синтеза, которая была решена для различных типов полупроводниковых при­ боров.

При использовании в этих случаях транзисторов решение задачи значительно облегчается возможностью регулировки 4 с помощью управляющего воздействия.

Решение задач синтеза требует применения вычислительных ма­ шин, однако позволяет полностью использовать применяемые полу­ проводниковые приборы и устранить такой их недостаток, как раз­ брос параметров.

1-4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСТИМЫХ РЕЖИМОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ С р-п-ПЕРЕХОДАМИ

Эквивалентные схемы замещения полупроводниковых приборов с р-л-переходами лак термочувствительных элементов были получены в [Л. 60]. При этом ток р - п -перехода представлен в виде суммы двух токов— тока насыщения / п и тока эквивалентного терморезистора / г. На линейном участке вольт-амперной характеристики ток через р-н- переход, как известно, определяется концентрациями дырок и элек­ тронов в р и и зонах кристалла. При этом собственная проводимость полупроводникового кристалла мала, так как подвижность собствен­ ных носителей при определенных мощностях рассеивания не влияет на вольт-амперную характеристику. Этот ток, обусловленный неоснов­ ными носителями, и представляет собой составляющую тока через р - п -переход / п.

При достаточных мощностях рассеивания подвижность основных носителей увеличивается, происходит выбивание электронов из кри­ сталлических решеток полупроводникового материала ' и возникает лавинообразный процесс, в результате которого резко увеличивается ток через прибор с р-«-переходом и уменьшается падение напряжения на нем. В этом случае имеет место преобладающее влияние собствен­ ной проводимости полупроводникового материала, и ток через при­ бор определяется свойствами р и «-зоны кристалла. Этот ток пред­ ставляет собой составляющую тока / п.

Таким образом, эквивалентная схема замещения р - п перехода полностью соответствует физической картине работы полупроводни­ кового прибора.

В справочной литературе линия допускаемой мощности для се­ мейств вольт-амперных характеристик полупроЗодниковых приборов проводится в координатах суммарного тока через прибор на основе выражения

(1-132)

Это уравнение в координатах (/, U) представляет собой гипер­ болу, которая при больших токах через полупроводниковый прибор асимптотически стремится к оси токов. В действительности же до­ пустимую мощность необходимо находить из выражения

(іЫЗЗ)

Рассмотрим, на какую величину отличаются эти мощности..Вычтя ■выражение (3-19) из выражения (3-20), получаем:

ДР= Р,доп-Р,,доп = С/(/-/г) = £//„.

(1-134)

В эту величину входит ток насыщения / П, который зависит от температуры среды, а для транзисторов и от тока управления. Таким

5 4

Рис. 1-5. К расчету допустимой мощности полупроводникового прибора.

образом, для каждой вольт-амперной характеристики семейства дей­ ствительная допустимая мощность отличается от принятой на величи­ ну U I п. Очевидно, что проведение линии допустимой мощности в этом случае будет представлять собой более сложную задачу, но это по­ зволяет более достоверно определить допустимую мощность при­ бора с определенной вольт-амперной характеристикой и значительно расширить диапазон примене­ ния полупроводниковых при­ боров.

Линию допустимой мощно­ сти можно расочитьпвать как аналитическим, так и графиче­ ским способом. Наиболее удо­ бен следующий -графическим опособ построения.

■Пусть имеется семейство вольт-ампериых характеристин полу/проводнинового .прибора для различных температур сре­ ды или токов управления. Оче­ видно, линия допустимой мощ­ ности имеет вид гиперболы в координатах (/г , V ) . Поэтому удобно найти величину допу­ стимого напряжения в этих ко­ ординатах, а затем уже стро­ ить эту линию в действитель­ ных координатах.

Последовательность расче­ та следующая:

1. Используя ту же ось на­ пряжений, .строят ниже основ­

ной системы координат систему координат (І т , U ).

2.Проводят из начала координат лучи, параллельные лннейнңм участкам каждой вольт-амперной характеристики.

3.Строят линию допустимой мощности в этой системе координат согласно выражению

(/ = •

(

1

-

1

3

5

)

где Рмакс= (£Ят)доп — максимальная допустимая мощность, нагре­ вающая рабочее тело полупроводникового прибора.

Эту величину можно определить, зная допустимое значение на­ пряжения полупроводникового прибора, которое имеется в справоч­ никах:

Рынка —£/допU—^н),

(1-136)

в которой величины / и / н соответствуют исходной

характеристике.

4. Переносят точки пересечения лучей с гиперболой в координа­ тах (Іт, U) на соответствующие характеристики в реальной системе, получают линию допустимой мощности.

Вышеуказанная последовательность показана на рис. 1-5. Для сравнения на этом рисунке пунктиром проведена линия допустимой мощности, которая обычно указывается в справочной литературе.

55

Смотрите также файлы