Полупроводниковый датчик температуры

 

Изобретение относите к термометрии, а именно к устройствам для измерения температуры с помощью полупроводниковых датчиков температуры с p-n-переходом, и может быть использовано для построения дискретных и интегральных датчиков температуры с широкой областью применения. Цель изобретения - снижение минимально допустимого напряжения питания и упрощение устройства при сохранении точности измерения температуры. Полупроводниковый датчик содержит два транзистора 1 и 2, два резистора 3 и 4 и усилитель на транзисторе 7, который включен по схеме с общим эмиттером и с резистором 8 в коллекторной цепи, коллектор которого через буферный каскад на транзисторе 9 и делитель 5 напряжения соединен с эмиттером транзистора 2, причем все транзисторы датчика выполнены в одном кристалле для обеспечения и согласованной работы. 1 ил. сл С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 К 7/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

y () () 0

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4070710/63 (22) 04.04.86 (46) 15.06.92, Бюл, М 22 (71) Научно-производственное объединение "Орион" (72) А. В, Чурбаков (53) 536.53(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N1064156,,кл. G01 К 7/00,,1981.

Авторское свидетельство СССР

N 1176183, кл. 6 01 К 7/00, 1984. (54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДАТЧИК

ТЕ МП Е PATYP Ы (57) Изобретение относится K термометрии, а именно к устройствам для измерения температуры с помощью полупроводниковых датчиков температуры с р-п-переходом, и

Изобретение относится к термометрии, а именно к устройствам для измерения температуры с помощью полупроводниковых датчиков температуры с р-п-переходом, и может быть использовано для построения дискретных и интегральных датчиков температуры с широкой областью применения, Известен полупроводниковый датчик температуры, содержащий согласованную пару транзисторов, резисторы, источник питания, а также два дифференциальных усилителя.

Недостатком известного датчика является относительная сложность схемы, связанная с наличием двух дифференциальных усилителей.

Наиболее близок к предлагаемому датчик температуры, входящий в состав изме ЫП„1740996 А1 может быть использовано для построения дискретных и интегральных датчиков температуры с широкой областью применения, Цел ь изобретения — снижение минимал ьно допустимого напряжения питания и упрощение устройства при сохранении точности измерения температуры. Полупроводниковый датчик содержит два транзистора 1 и 2, два резистора 3 и 4 и усилитель на транзисторе 7, который включен по схеме с общим эмиттером и с резистором 8 в коллекторной цепи, коллектор которого через буферный каскад на транзисторе 9 и делитель 5 напряжения соединен с эмиттером транзистора 2, причем все транзисторы датчика выполнены в одном кристалле для обеспечения и согласованной работы, 1 ил. рителя температуры, содержащий чувствительный элемент, выполненный на согласованной паре транзисторов, изготовленных в одном кристалле, два резистора и резистивный делитель, включенный относительно общей шины, к которой подключен эмиттер первого транзистора, коллектор и база которого соединены с одним выводом первого резистора и с базой второго транзистора, эмиттер которого через резистивный делитель соединен с выходом дифференциального усилителя, а коллектор — с входом дифференциального усилителя и с одним выводом второго резистора, другой вывод которого соединен с другим выводом первого резистора и с шиной питания.

Недостатками известного датчика являются необходимость использования относи1740996 тельно высокого напряжения питания и относительная сложность схемы ввиду наличия дифференциального усилителя, что не позволяет использовать его в низковольтной аппаратуре, где напряжение питания составляет 1 — 2 В, Цель изобретения — снижение минимально допустимого напряжения питания и упрощение устройства при сохранении точности измерения температуры.

Поставленная цель достигается тем, что в полупроводйиковом датчике температуры, содержащем чувствительный элемент, выполненный на согласованной паре транзисторов, изготовленных в одном кристалле. два резистора и резистивный делитель, включенный относительно общей шины, к которой подключен эмиттер первого транзистора, коллектор и база, которого соединены с одним выводом первого резистора и с базой второго транзистора, эмиттер которого через резистивный делитель соединен с выходом усилителя, а коллектор — с входом усилителя и с одним выводом второго резистора, другой вывод которого соединен с другим выводом первого резистора и с шиной питания, усилитель выполнен на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером с резистором в коллекторнай цепи, коллектор которого через транзисторный буферный каскад соединен с выходом усилителя, причем транзистор усилителя согласован с основными транзисторами и выполнен с ними в одном кристалле.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства.

Полупроводниковый датчик температуры содержит согласованную пару транзисторов 1 и 2, выполненных в одном кристалле, два резистора 3 и 4 и резистивный делитель 5, включенный относительно общей шины источника 6 питания, к которой подключен эмиттер первого транзистора 1, коглектор и база которого соединены с одним выводом первого резистора 3 и с базой второго транзистора 2, эмиттер которого через резистивный делитель 5 соединен с выходом усилителя, а коллектор — с входом усилителя и с одним выводом второго резистора 4, другой вывод которого соединен с другим выводом первого резистора 3 и с шиной питания, причем усилител- выполнен на транзисторе 7, включенном по схеме с общим эмиттером с резистором 8 в коллекторной цепи, коллектор транзистора 7 через буферный каскад, выполненный, например, на эмиттерном повторителе-транзисторе 9, соединен с выходом усилителя, причем транзистор 7 согласован с основными транзисторами и выполнен с ними в одном кристалле, Конденсатор 10 обеспечивает устойчивость схемы.

Устройство работает следующим образом.

5 При включении питания через первый транзистор 1 в диодном включении протекает так

Un Ua61

Оэ2 = 0т I A— (1 2 где I2 — ток через транзистор 2;

VT — температурный потенциал.

Причем из схемы видна, чта

Vï 0эБ7

4 где БэБ7 — падение напряжения на эмиттерном переходе транзистора 7.

Если транзисторы 1 и 7 выполнены согласованными в одном кристалле и их каллекторные токи равны, то 0эБ1 ": 0эБ7.

Подставив значения токов I1 и (2, получим

0э2 = От!П вЂ” у

В4 г з

50 т, е, с учетом коэффициента К резистивного делителя выходное напряжение устройства будет равно

0вых= К032, т. е. пропорционально абсолютной температуре, т. к, где U — напряжение питания;

0эБ1 — падение напряжения на эмиттерном переходе транзистора 1.

Транзистор 2 открывается да тех пар, пока не начнет закрываться транзистор 7, так как потенциал коллектора транзистора

2 снижается. При закрывании транзистора а0 7 потенциал его коллектора повышается, и эта повышение через эмиттерный повторитель передается на резистивный делитель

5, выходное напряжение которого передается на эмиттер транзистора 2 и останавливает его дальнейший рост на определенном уровне. В результате действия этой отрицательной обратной связи устанавливается устойчивое состояние и на эмиттере транзистора 2 потенциал 0э2 будет равен

1740996

0т=—

Полупроводниковый датчик температуры, содержащий чувствительный элемент, выполненный на согласованной паре

5 транзисторов, изготовленных в одном кристалле, два резистора и резистивный делитель, включенный относительно общей шины, к которой подключен эмиттер первого транзистора, коллектор и база когорого

10 соединены с одним выводом первого резистора и базой второго транзистора, эмиттер которого через резистивный делитель соединен с выходом усилителя, коллектор — с входом усилителя и с одним выводом второ15 го резистора, другой вывод которого соединен с другим выводом первого резистора и с шиной питания, отл и чаю щи и с я тем, что, с целью снижения минимально допустимого напряжения питания и упрощения ус20 тройства при сохранении точности, усилитель выполнен на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером с резистором в коллекторной цепи, коллектор которого через транзисторный буферный

25 каскад соединен с выходом усилителя, причем транзистор усилителя согласован с основными транзисторами и выполнен с ними в одном кристалле. где R — постоянная Больцмана;

q — заряд электрона;

Т вЂ” абсолютная температура.

Для данного примера выполнения устройства ток через транзистор 7 определяется выражением

l7—

Un — 0эБ9 0вых

R8 где 0зБ9- падение напряжения на эмиттерном переходе транзистора 9.

Таким образом, при 17=1

0п 0эБ9, К0т 1п—

R4

Ra

Un — 0ЭБ

Изобретение позволяет снизить минимально допустимое напряжение питания до

0,9 B при одновременном упрощении устройства за счет замены дифференциального усилителя всего двумя транзисторами, при этом точность измерений сохраняется.

Формула изобретения

50

Составитель А.Габриэльянц

Редактор Jl. Веселовская Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M.Ïîæo

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2079 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ. СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5