Z元件温度补偿技术论文.doc

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1、Z元件温度补偿技术论文 摘要：本文详细地介绍了光敏Z-元件、磁敏Z-元件以及力敏Z-元件的温度补偿原理与补偿方法，供用户利用光、磁、力敏Z-元件进行应用开发时参考。 关键词：Z-元件、敏感元件、温度补偿、光敏、磁敏、力敏 一、前言 半导体敏感元件对温度都有一定的灵敏度。抑制温度漂移是半导体敏感元件的常见问题，Z-元件也不例外。本文在前述的基础上，详细介绍Z-元件的温度补偿原理与温度补偿方法，供光、磁、力敏Z-元件应用开发参考。 不同品种的Z-元件均能以简单的电路，分别对温、光、磁、力等外部激励作用输出模拟、开关或脉冲频率信号[1

2、][2][3]，其中后两种为数字信号，可构成三端数字传感器。这种三端数字传感器不需放大和A/D转换就可与计算机直接通讯，直接用于多种物理参数的监控、报警、检测和计量，在数字信息时代具有广泛的应用前景，这是Z-元件的技术优势。但由于Z-元件是半导体敏感元件，对环境温度影响必然也有一定的灵敏度，这将在有效输出中因产生温度漂移而严重影响检测精度。因而，在高精度检测计量中，除在生产工艺上、电路参数设计上应尽可能降低光、磁、力敏Z-元件的温度灵敏度外，还必须研究Z-元件所特有的温度补偿技术。 Z-元件的工作原理本身很便于进行温度补偿，补偿

3、方法也很多。同一品种的Z-元件，因应用电路组态不同，其补偿原理与补偿方法也不同，特就模拟、开关和脉冲频率三种不同的输出组态分别叙述如下。 二、模拟量输出的温度补偿 对Z-元件的模拟量输出，温度补偿的目的是克服温度变化的干扰，调整静态工作点，使输出电压稳定。 1．应用电路 Z-元件的模拟量输出有正向应用和反向应用两种方式，应用电路如图1所示，其中图1为正向应用，图1为反向应用，图2为温度补偿原理解析图。 2．温度补偿原理和补偿方法 在图2中，温度补偿时应以标准温度20℃为温度补偿的工作基准，其中令： TS：标准温度 T：工作温度

4、QS：标准温度时的静态工作点 Q：工作温度时的静态工作点 QS￠：温度补偿后的静态工作点 VoS：标准温度时的输出电压 Vo：工作温度时的输出电压 在标准温度TS时，由电源电压E、负载电阻RL决定的负载线与TS时的m1区伏安特性（或反向特性）相交，确定静态工作点QS，输出电压为VoS。当环境温度从TS升高到T时，静态工作点QS沿负载线移动到Q，相应使输出电压由VoS增加到Vo，且Vo＝VoS＋DVo，产生输出漂移DVo，。若采用补偿措施在环境温度T时使工作点由Q移动到QS￠，使输出电压恢复为Vo，则可抑制输出漂移，使DVo＝0，

5、达到全补偿。 利用NTc热敏电阻 基于温度补偿原理，在图1、中，利用NTc热敏电阻Rt取代负载电阻RL，如图3、所示，温度补偿过程解析如图2所示。 在图3电路中，标准温度TS时负载电阻为Rt，当温度升高到工作温度T时，使其阻值为Rt￠，可使静态工作点由Q推移到QS￠，由于Rt.<Rt￠，故应选NTc热敏电阻。当温度漂移量DVo已知时，只要确定标准温度时的Rt值及合适的温度系数值，使得在工作温度时的阻值为Rt￠，即可达到全补偿。 改变电源电压 基于温度补偿原理，补偿电路如图4、所示，图5为补偿过程解析图，其中负载

6、电阻RL值不变，当温度由TS升到T时，产生输出漂移DVo，为使DVo=0，可使ES相应增大到ES￠，若电源电压的调整量为DE，且DE=ES￠-ES，要满足DE=-kDVo的补偿条件，可达到全补偿。其中，k为比例系数，“负号”表示电压的改变方向应与输出漂移方向相反，比例系数k与负载线斜率有关，可通过计算或实验求取，且： 为了得到满足补偿条件的按温度调变的电源电压，实际补偿时可采用缓变型PTc热敏电阻、NTc热敏电阻或温敏Z-元件来改变电源电压E，达到补偿的目的： ①采用缓变型PTc热敏电阻 采用缓变型PTc热敏电阻的补偿电路如

7、图6所示。 在图6中，Z-元件与负载电阻RL构成工作电路，工作电路的直流电源电压E由集成稳压电源Lm317电路供电，Rt为缓变型热敏电阻，采用热敏电阻Rt的Lm317电路的输出电压为： 按温度补偿要求，当温度增加时，电源电压E应该增加，Rt应该增加，故Rt应选缓变型PTc热敏电阻。R2用于设定电压E的初始值，合理选择PTc热敏电阻Rt的初始值及其温度系数，使之满足DE=-kDVo的补偿条件即可达到补偿的目的。 ②采用NTc热敏电阻 因缓变型PTc热敏电阻市售较少，而且补偿过程中温度系数也难于匹配，多数情况应采用NTc热敏电阻

8、。 若采用NTc热敏电阻进行补偿时，也可采用图6所示电路，但要把R1与Rt互换位置。 当采用NTc型热敏电阻时，为了便于热敏电阻的补偿匹配，可利用运算放大器，实际补偿电路如图7所示。 在图7中，Rt为NTc热敏电阻，A为由单电源Vcc供电的反相输入运放构成的