Z元件的溫度補(bǔ)償技術(shù)

摘要：本文詳細(xì)地介紹了光敏Z-元件、磁敏Z-元件以及力敏Z-元件的溫度補(bǔ)償原理與補(bǔ)償方法，供用戶利用光、磁、力敏Z-元件進(jìn)行應(yīng)用開(kāi)發(fā)時(shí)參考。

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 對(duì)Z-元件的模擬量輸出，溫度補(bǔ)償?shù)哪康氖强朔�溫度變化的干擾，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.<Rt￠，故應(yīng)選NTC熱敏電阻。當(dāng)溫度漂移量DVO已知時(shí)，只要確定標(biāo)準(zhǔn)溫度時(shí)的Rt值及合適的溫度系數(shù)(即B)值，使得在工作溫度時(shí)的阻值為Rt￠，即可達(dá)到全補(bǔ)償。

(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

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