Z元件的温度补偿技术
[09-12 18:39:13] 来源:http://www.88dzw.com 传感技术 阅读:8959次
文章摘要:该补偿电路的缺点是静态输出电压不为零,为使静态输出电压为零,需附加电平位移电路。三、开关量输出的温度补偿开关量输出电路示于图10,(a)为电阻接地,(b)为Z-元件接地。开关量输出的温度补偿与模拟量输出的温度补偿相比,两者的补偿目的不同。后者是模拟信号,当温度改变时,引起静态工作点偏移,通过补偿调整静态工作点,使输出电压恢复稳定。前者是数字信号,数字信号的温度稳定性及其补偿技术是一个新问题。在研究开关量输出补偿原理与补偿方法之前,必须先引入有效跳变与跳变误差的新概念。1.有效跳变与跳变误差温、光、磁、力四种Z-元件均可相应构成温控、光控、磁控、力控开关,提供开关量输出,用于对物理参数的监控与报
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该补偿电路的缺点是静态输出电压不为零,为使静态输出电压为零,需附加电平位移电路。
三、开关量输出的温度补偿
开关量输出电路示于图10,(a)为电阻接地,(b)为Z-元件接地。开关量输出的温度补偿与模拟量输出的温度补偿相比,两者的补偿目的不同。后者是模拟信号,当温度改变时,引起静态工作点偏移,通过补偿调整静态工作点,使输出电压恢复稳定。前者是数字信号,数字信号的温度稳定性及其补偿技术是一个新问题。在研究开关量输出补偿原理与补偿方法之前,必须先引入有效跳变与跳变误差的新概念。
1.有效跳变与跳变误差
温、光、磁、力四种Z-元件均可相应构成温控、光控、磁控、力控开关,提供开关量输出,用于对物理参数的监控与报警。其中,除温控开关外,对这些控制开关的基本要求是应具有温度稳定性。也就是说,在光、磁或力等外部激励作用下,并达到设定值时,应准确地产生输出跳变,称为有效跳变。而不应受环境温度影响产生跳变误差。由于开关量输出是数字信号,其跳变误差也必然是两种极端的情况,为研究方便分别定义为超前跳变误差和滞后跳变误差。实际上,由于Z-元件的Vth值是温度的函数,当环境温度改变时,因受Vth变化的影响,超前与滞后两种跳变误差都有可能发生。
若环境温度升高,使Vth下降,当满足状态转换条件VZ3Vth时,外部激励虽未达到设定值,可能产生“不该跳也跳”的超前跳变误差;反之,若环境温度降低,使Vth增加,这时外部激励虽已达到设定值,但由于不能满足状态转换条件VZ3Vth,则可能产生“该跳不跳”的滞后跳变误差。
为克服这两种跳变误差,在电路设计时必须考虑温度补偿技术。因此,对光、磁、力敏Z-元件构成控制开关的设计原则是:在外部激励作用下,必须能够满足状态转换条VZ≥Vth,而产生有效跳变;而当环境温度变化时,则不应满足转换条件VZ≥Vth,不致产生跳变误差。前者通过合理地选择静态工作点来达到,后者则应采用温度补偿技术加以保证。
2.温度补偿原理
上面已经分析过,因为Z-元件的Vth、Ith对温度有一定的灵敏度,所以Z-元件的开关量(光、磁和力敏)输出会产生超前跳变和滞后跳变误差。
使用者在设计电路时,是依据有效激励(光、磁和力等)的大小来确定静态工作点QS,这时Z-元件两端的电压为VZS,并具有下述关系:
Vth -VZS=DV (1)
当T(℃)升高时,因Vth减小,DV就减小。当减小到DV=0时,即VZS=Vth时,就产生了超前跳变误差;同理,当T(℃)下降时,因Vth增大,DV就增大,以至于大到有效激励作用时,也不产生跳变,这就产生了滞后跳变误差。当我们选定负载电阻RL值和电源电压ES后,静态工作点QS就确定了。因此,Z-元件开关电路设计的着眼点应在于DV 的取值。既要保证Z-元件在有效激励时,能产生有效跳变;而通过温度补偿又能保证DV的初始设计值不随温度变化,即可消除超前跳变误差和滞后跳变误差。
3.温度补偿方法
(1)负载电阻的确定
图11(a)是开关信号电路的工作解析图,图11(b)是开关信号的波形图。开关量输出的输出低电平VOL不是直线,其变化规律以及跳变幅值与M1区特性和静态工作点的设置有关,这是Z-元件开关量输出的特有问题。为保证应用中有足够大的跳变幅值,输出低电平不致太高,必须合适的设置静态工作点,因而当电源电压一定时,合理的选择负载电阻RL的值十分重要。
Z-元件在没有输出开关信号,即工作在M1区时,其功耗是很小的,只有工作 在M3区时,其功耗才增大。从图11(b)可知,开关信号的低电平不是常数,因VOL=IZRL,当温度升高时,IZ增大使VOL增大,而且负载电阻RL越大,低电平增大值也越大,因此,为了降低VOL,要求RL越小越好。由于受Z-元件功耗的限制,RL不能无限制的减小,为了Z-元件安全工作和降低电源的耗电,可选择Z-元件的工作功耗为额定功耗的1/5,即PZ=0.2PM,PZ=0.2PM=IZVZ=IfVf。通过下述计算即可求出合适的负载电阻RL值:
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