Главная Операционные усилители



Для электронной аппаратуры, использующей термопары, характерно наличие двух чувствительных элементов, как и для приборов на термисторах. Однако в данном случае чувствительные элементы сами по себе являются источниками напряжения и подключаются к дифференциальным входам операционного усилителя. Благодаря этому мы можем замечать небольшие дифференциальные напряжения и формировать пригодные для работы выходные потенциалы. Схемы часто строят по принципу псевдомоста Уитстона.

Классическая биметаллическая термопара появилась лет 100 назад, и вот уже несколько десятилетий промышленность выпускает термопары, но сейчас они уступили место недавно появившимся термопарам на твердом теле. Многие из этих новых термопар недорого стоят и сохраняют линейность в широком диапазоне температур, от О до,100°С и выше.

Термочувствительные транзисторные элементы

Существует еще один тип термочувствительных элементов на твердом теле, но его не следует путать с тем типом, который мы обсудили выше. Элементы, о которых пойдет речь, фактически представляют собой транзисторы, и работа их зависит от обычной температурной чувствительности напряжения между базой и эмиттером транзистора. Оказывается, что даже в недорогих элементах это напряжение обладает высокой степенью линейности.

Термисторы и термопары обеспечивают линейную температурную характеристику, но для того, чтобы они сохраняли линейность в широком диапазоне температур, приходится прикладывать массу усилий. Есть, например, такие приборы на термопарах, в которых при переходе от одного диапазона к другому оператору приходится либо заменять саму термопару, либо переключатель линеаризации. Может быть, во многих случаях с этим можно примириться, но, если система охватывает широкий диапазон, такой метод определенно неудобен.

Если же в простую электронную схему включить пару хорошо согласованных транзисторов, то получим термодатчик с высокой степенью линейности, сохраняющий работоспособность в широком динамическом диапазоне. При использовании этого приема отпадает необходимость в калибровке, которая связана с использованием термисторов, термопар и простых термодатчиков на одном р-м-переходе.

Авторы работы [1] описали термоизмерительный прибор, основанный на использовании транзисторного перехода база - эмиттер. Это устройство использует высокую степень согласования, присущую серии сдвоенных транзисторов типа МАТ-01 фирмы РМ1.



Из элементарной теории транзисторов известно, что напряжение база - эмиттер (Убэ) определяется следующим выражением:

У5з = -1п(/к обр.нас) (10.12)

(при условии, что отношение /к обр.нас гораздо больше единицы), где К - постоянная Больцмана {1,38-10- Дж/К); Г - температура по Кельвину (К=°С+273,16); q - элементарный электрический заряд (1,6-10~ Кл); /к - ток коллектора транзистора; /обр.нас - обратный ток насыщсния (в большинстве случаев примерно 1,87-Ю""* А).

Если пара транзисторов подвергается одинаковому температурному воздействию окружающей среды (т. е. транзисторы находятся на одной и той же монолитной подложке, как в схеме типа МАТ-01), то мы можем переписать уравнение (10.12) в виде разности двух напряжений эмиттер - база:

Абэ = - 1п(/кЛбР.вас1)-71n(VWHac2)- (10.13)

Вынесем общий член KT}q за скобки и перепишем уравнение (10.13) в следующем виде:

Аб, = - [In (/к, к,)-1п (/обР.нас1/обр.нас2)]- (Ю.И)

Но для хорошо согласованных транзисторов, подвергающихся одинаковому температурному воздействию, величина /обр.нас1 обрнас2 близка К бдинице. Нам известно также, что натуральный логарифм единицы равен нулю (In 1 = 0). Тогда член

1п(/обр.нас1/-обр.нас2)- (10.15)

уничтожается и уравнение (10.14) можно переписать в более простой форме:

АПз = 1п(/к, к,). (10.16)

Уравнение (10.16) подтверждает наше утверждение о том, что измерение температуры возможно при использовании транзисторов, находящихся под одинаковым температурным воздействием.

Рассмотрим уравнение (10.16) с тем, чтобы определить, как токи /к j и у,, j поддерживаются постоянными, но разными по величине. Они не долл<ны быть равны между собой, иначе отношение /ki kj будет равно единице и натуральный логарифм обратится в нуль. Если отношение сделать равным, скажем 2:1, то логарифм отношения будет иметь постоянное значение, равное In 2. Уравнение (10.16) примет вид

ДУбз = с/(Т/</, (10.17)



тельная пара


Чувствительная пара траизисто -ров типа MAT-01N

111!

*15В

t-T

-IS в

Дифферен циальный

усилитель и испюч

ник и тюка

ЮмВ/К

46 В

Дифференциальный усилитель

Трехзначный цифровой

вольтметр, размах шкалы от О до +ЮВ

"с И Е,В

-5=г18 = г.т

*25= 298 = 2,98 +т=398 = 3,98 Основная схема цифроворо термометра, даюиего показания в пел свит к

-ISB

Рис. 10.4. Использование сдвоенного транзистора в качестве температурного зонда (о); различные системы измерения температуры (б).



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 [55] 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126


0.0161