Z元件的溫度補償技術(shù)

摘要：本文詳細地介紹了光敏Z-元件、磁敏Z-元件以及力敏Z-元件的溫度補償原理與補償方法，供用戶利用光、磁、力敏Z-元件進行應(yīng)用開發(fā)時參考。

關(guān)鍵詞：Z-元件、敏感元件、溫度補償、光敏、磁敏、力敏

一、前言

半導體敏感元件對溫度都有一定的靈敏度。抑制溫度漂移是半導體敏感元件的常見問題，Z-元件也不例外。本文在前述文章的基礎(chǔ)上，詳細介紹Z-元件的溫度補償原理與溫度補償方法，供光、磁、力敏Z-元件應(yīng)用開發(fā)參考。

不同品種的Z-元件均能以簡單的電路，分別對溫、光、磁、力等外部激勵作用輸出模擬、開關(guān)或脈沖頻率信號[1][2][3]，其中后兩種為數(shù)字信號，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)換就可與計算機直接通訊，直接用于多種物理參數(shù)的監(jiān)控、報警、檢測和計量，在數(shù)字信息時代具有廣泛的應(yīng)用前景，這是Z-元件的技術(shù)優(yōu)勢。但由于Z-元件是半導體敏感元件，對環(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)生溫度漂移而嚴重影響檢測精度。因而，在高精度檢測計量中，除在生產(chǎn)工藝上、電路參數(shù)設(shè)計上應(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償技術(shù)。

Z-元件的工作原理本身很便于進行溫度補償，補償方法也很多。同一品種的Z-元件，因應(yīng)用電路組態(tài)不同，其補償原理與補償方法也不同，特就模擬、開關(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償 對Z-元件的模擬量輸出，溫度補償?shù)哪康氖强朔�溫度變化的干擾，調(diào)整靜態(tài)工作點，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為溫度補償原理解析圖。

2．溫度補償原理和補償方法

在圖2中，溫度補償時應(yīng)以標準溫度20℃為溫度補償?shù)墓ぷ骰鶞剩�其中令�?

TS：標準溫度

T：工作溫度

QS：標準溫度時的靜態(tài)工作點

Q：工作溫度時的靜態(tài)工作點

QS￠：溫度補償后的靜態(tài)工作點

VOS：標準溫度時的輸出電壓

VO：工作溫度時的輸出電壓

在標準溫度TS時，由電源電壓E、負載電阻RL決定的負載線與TS時的M1區(qū)伏安特性（或反向特性）相交，確定靜態(tài)工作點QS，輸出電壓為VOS。當環(huán)境溫度從TS升高到T時，靜態(tài)工作點QS沿負載線移動到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，。若采用補償措施在環(huán)境溫度T時使工作點由Q移動到QS￠，使輸出電壓恢復為VO，則可抑制輸出漂移，使DVO＝0，達到全補償。

(1)利用NTC熱敏電阻

基于溫度補償原理，在圖1(a)、(b)中，利用NTC熱敏電阻Rt取代負載電阻RL，如圖3(a)、(b)所示，溫度補償過程解析如圖2所示。

在圖3電路中，標準溫度TS時負載電阻為Rt，當溫度升高到工作溫度T時，使其阻值為Rt￠，可使靜態(tài)工作點由Q推移到QS￠，由于Rt.

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