Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000) (1095415), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Чем объясняются зависимости параметров бняолярного н нолевого транзисторов от частоты входного сигнала? 14. В чем отличие работы трнннстора от дннистора? 15. Объясните условие образования лавинообразного тока через тирнстор. 16. В чем отличие полупроводниковых ннтегральнь?х схем от !нбридных в микроминиатюризации электронных средств? И ГЛАВА 3. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДАТЧИКИ И ИНДИКАТОРНЫЕ ПРИБОРЫ 3.!. ПОЛУПРОВОТхНИХОВЫЕ ДД1ЧИХИ 1ЕМПЕРА1УРЫ В качестве датчиков температуры широкое применение нахо.
дят полупроводниковые терморезнсторы, диоды н транзисторы. Иолуароводмиковам гсрмореоистором называется прибор, принцип действия которого основан на использовании терморезнсторного эффекта, заключающегося в значительном изменении сопротивления полупроводникового материала ори изменении температуры. Полупроводниковые терморезисторы выгодно отличаются от проволочных приборов не только большимн собствениымн сопротивлениями, но н малыми размерамн.
На их основе создают устройства, обладающие повышенными точностью и быстродействием. К недостаткам полупроводниковых терморезисторов следует отнести нелинейность пх характеристик )г о(Т,'С) н значительный технологичссьий разброс параметров. Аналитическая зависимость сопротивления терморезистора от течперат)ры (Т) имеет вид Рл =АТ ехр(В)Т), где Л, т н 8 — постоянные, определяемые свойствами полупроводникового материала и конструкцией терморезнстора. Для большинства существующих терморезисторов у«! н поэтому при расчетах можно пользоваться более простым выражением )ет ж Аехр(8/Т).
(3 !) Из выражения (3.!) следует, что с ростом температуры сопротивление терморезистора уменьшается, Температурную чувствительность терморезисторов принято характеризовать величиной их температурного коэффициента сопротивления (ТК((), типовое значение которого лежит в диапазоне от — 2 до — 3,Блею/'С. В настоящее время разработаны терморезнсторы с положительным значением ТКЙ.
При измерении температуры с помощью полупроводниковых диодов используют температурные зависимости либо обратного тока р-и-перехода (! м,), либо прямого падения напряженна на р-и-переходе (О.„). Напомним, что обратный ток реального диода складывается нз трех составляющих: тока утечки! „тока генера- то нни, обусловленного регенерацней н рекомбннацней нос»гелен н < части р-п-перехода (<еен) н теплового тока <,.
Ток утечки определяется поверхностными энергетическими со<н»ннямн н слабо зависит от температуры. Его уровень, в основм, определяет обратное напряженне р.н-перехода. Ток генера н зависит как от обратного напряжения р-л-перехода, так н от <о температуры. Тепловой ток практнческя не зависит от обратн<го напряженп» н полностью определяется температурой р-и-петода.
Этот ток практически для всех диодов определяется выранн пнем уо =- <Т(у'л,'/сдгв, (3,2) < н д — заряд электрона; (У вЂ” объем полупроводннкового крн~<нлла, в котором генернруемые носители участвую< в образова<н теплово<о тока; л, — собственная концентрация носителей Пряла материала полупроводника; т — время жизни основных но»<елей заряда, <«'а — концентрация основных носителей заряда в нбеастн базы Прн высоких температурах с достаточной точностью мох<но по,йягать, что гн /1а<р<рл'с н< 0 2<' е<< Зй г<З ао а<у <у д<т зо б 'с Рнс 3 < Отиоситедьиме изме пенна обратных тонов днодоо (твен) от температуры< / — еермапневый сп.ванно днффувн оннмй переход, т — терманнепмй плавный переход.
д — нремннеаий днффуаноннйй переход Рис З2 Зев<си»ость прямого смен<ения р-н.перехода от температуры <ге <у« (о,р ян 4е ж уьлЕХр < — — ), (3,3) где й< — постоянная, мало завнсяшая от температуры; Е, — шннна эаарешенной эоны полупроводнньа, Ут — константа, равная .5...!; й — постоянная Больимана. Типовая завнснмость <'„пр — — ф(<,'С),<л» разлпчных диодов рн. видена на рнс. 3.! Прямое падение напряжения на р.п.переходе может быть определено из выра.кения для вольт-амперной характеристики идеального р-и-перехода лт (;„= — !и! — + 11, (3 !1 ч ~ ~еьр где 1„— прямой гоь р-л-перехода, Используя выражение для ТКН диода.
можно таниса.гь ТКН = — ду"- = — 2-.~-+ К!и 7„р, (: где К вЂ” постоянная, определяемая типом составляющей тока д да (диффузионная — О,!98, рекомбинацнонная: низкий уровень ~ жекцни — 0,375, высокий уровень инжекцин — 0,596), Реальная величина ТКН прямого падения напряжения на ди~ лежит в диапазоне от — ! до — 3,5 мВ/'С, На рис. 3.2 приведс типовые зависимости И„э=ф(Т,'С !,э) для германиеаого спл. ного диода. На практике наиболее часто для измерения темпе! туры используют зависимости У„= р(Т,'С), что объясняется с.
дуюшнмн причинами. Во-первых, при выполнении условия Т„= =сова! зависимость У„р— - ч~(Т,'С) носит линейный характер. Во- вторых, напряжение ()„легко поддается непосредственному нзм4 рению. Пренебрегая падением напряжения на омическом совр» тивлеиии диода, можно полагать, что ()д-()„, Тогда для диод! как датчика температуры, можно записать Уд (Т,'С) = Удз + ТКН (Тд — 7;Д, где Оде — падение напряжения на диоде при температуре 7~ Тд — измеряемая температура. Использование биполярных транзисторов позволяет значнтель.. но улучшить характеристики термопреобразователей.
Исследова- ния показали, что наилучших результатов можно добиться при использовании режима работы транзистора, при ко~ором эмиттер- ный и коллекториый переходы транзистора, включенного по схеме с ОБ, смещены в прямом направлении (рис. 3.3), Для схемы с ОБ п-р-а-транзистора (рис. 3.3) при заданном токе эмиттера темп~ ратурный коэффициент коллекгорного тока практически посто нен до температуры 80 ... 100 "С для германиевых и !20 ... 150' для кремниевых транзисторов.
Реальная погрешность изменен! тока не превышает 2 ... Зал. При этом значение температурно коэффициента тока коллектора практически не зависит от само тока коллектора и может плавно регулироваться изменением зна- чений Те и )г,. На рис, 3.4 приведены экспериментальные зависимости Т,= р(Т,'С), полученные для транзисторов разного типа ири раз- личных значениях !с,. 72 У ш зсг ар лгг т, "с Рис. 34, Температурныезаг внспмости коллекторного тока транзисторов.
l - транзистор Мпхп 2 — транзистор Гтгерв Рнс. ЗЗ Режим встречной гмгжекнип о-р-н транзистора, включенного а схему с ОБ На практике широкое распространение получил датчик темпе« рпгуры на двух транзисторах, технологически выполненных на одном кристалле (рис, 3.5). Этот датчик, хотя и обладает меньпн й чувствнтельностьго, чем датчик на одиночном транзисторе, но зыгодно отличается от него меньшей нелинейностьго преобразования.
Зависимость пределов изменения выходного напряжения от пределов изменения температуры для схемы на рнс. 3.5 описыииется выражением Зз ЬУ,нх(Т, сС) ЬТ 1и — ' гкг где й — постоянная Больцмана; гу' — заряд электрона. (З.б~ рг г (сат Рнс.
3.6. Схема полупро. воднннового датчика температуры с высоким козффнанеитом преобра- зование Рнс. 35. Латник температуры на базе двух идентичных и-р-о-транзисторов 73 Из приведенного выражения можно сделать важный практический вывод: выходное напряжение датчика, приведенного на рнс. 3,5, прямо пропорционально изменению температуры н не зависит ни от свойств полупроводникового материала, ии от технологии изготовления транзистора (Ф/у=сопя(м0,079 мВ~'С).
Данный датчик дает хорошие результаты при измерении температур среды в широком диапазоне (ог — 25 до +!00'С). Для получения высокого коэффициент» преобразования в узы диапазоне изменения температур может быть применен датч( схема которого приведена на рис. 3.6. В данной схеме тран1 стор УТ! выполняет роль чувствительного элемента. Для эти его эмиттерный переход смещен в обратном направлении.
Тр1 зистор УТ2 включен по схеме с ОЭ н выполняет роль усилнте4 При изменении температуры изменяется падение напряжения ~ обратносмещенном эмиттерном переходе УТ!, а следовательно, 1 меняется базовый ток транзистора УТ2, что приводит к изменен~ падения напряжения на резисторе й2.
зл, атдгиитОИОлупэОВОкпикОВые пэиВОэь$ Работа магиитополупроводннковых приборов основана на и пользовании явлений в полупроводниковых структурах, связаннс воздействием на инх магнитного поля. Их массовое применен за последние годы в качестве элементной базы ЭС обусловле бурным развитием автоматики, магнитной записи информац1 устройств ввода и считывания информации и т, п. Магнятопоз проводниковые приборы дают возможность полной электркческ развязки входных и выходных цепей, бесконтактного преобразо~ ния малых механических перемещений в электрические снгназ детектирования величины и направления индукции магннтн< поля с высокой локальностью, создания не искрящих мехаии1 ских коммутаторов в электрических цепях, бесконтактного из4 рения электрических токов, Многообразие типов магнитополупроводниковых приборов обусловлено многообразнем гальваномагнитных явлений, на базе которых онн функционируют.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
