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时间:2018-11-22
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1、Z元件的温度补偿技术二论文.freel317的输出电压EO适合工作Z-元件工作电压E的补偿极性要求。例如,温度升高时,EO下降,E增加;反之温度降低时,EO增加,E减少。该补偿电路的另一优点是,可通过运放比例系数的附加调整便于NTC热敏的补偿匹配。(3)差动补偿①并联差动补偿运放的第一级几乎没有例外均采用差动电路,并利用差动电路的对称性和元器件特性的一致性来补偿温度漂移。Z-元件也可采用这种方法,补偿电路如图8所示。其中,图8(a)为正向应用,图8(b)为反向应用,图8(c)为实际补偿电路。其中Z为工作Z-元件,ZC为补偿Z-元件,RL与RC为相应的负载电阻。补偿原理:对差动对
2、称电路,当左右两侧工作Z-元件Z与补偿Z-元件ZC的静态伏安特性与动态温度系数完全一致,以及电阻RC与R阻值及其温度系数也完全一致时,采用浮动输出,因始终保持VO=VOC,当环境温度改变时,也不会产生温漂,而工作Z-元件有其它外部激励作用(如光、磁、力等)时,则可产生有效输出。理论上,若左右元器件完全对称,在标准温度TS时,浮动输出DVO=VO-VOC=0,当温度升高到工作温度T时,因左右两支路电流同步增加,DVO=VO-VOC=0仍然成立。实际上,左右两支路元器件不可能完全对称,特别是Z-元件有一定的离散性,使DVO不可能完全为0。因而,除按补偿精度要求,对Z-元件的一致性进
3、行严格筛选外,在电路上应采用辅助调整措施,如图8(c)中利用电位器RW。②串联差动补偿并联对称补偿的缺点是浮动输出,为变成单端输出还需要一个双端输入到单端输出的转换电路。采用串联对称补偿可克服这一缺点。串联对称补偿的原理电路如图9所示。其中图9(a)为正向应用,图9(b)为反向应用,图9(c)和(d)为实用化补偿电路。补偿原理:该补偿电路为“上下对称”结构,元器件的一致性要求与并联对称补偿的要求相同。在标准温度TS时,工作电流流过上下分压支路,使输出电压VO=E/2。温度升高到工作温度T时,工作电流虽然增加,但输出电压VO仍为E/2,不产生温度漂移。而工作Z-元件当有其它外部激
4、励作用时,可产生有效输出。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
5、,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
6、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
7、)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
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