To’yinish toki, uni kattaligi haroratga kuchli bog’liq

16.3. p-n o’tish asosidagi yarim o’tkazgichli harorat datchiklari

Diod va bi qutbiy tranzistorlarda yarim o’tkazgichli p – n o’tish harakteristikalari haroratga kuchli bog’liq bo’ladi [11]. Agar to’g’riga siljigan o’tishni o’zgarmas tok generatori bilan ulasak (rasm 16.19A) (5 bobdagi 5.3.1. bo’limga qarang), chiqish kuchlanishini agar undan oladigan bo’lsak haroratni o’zgarishiga to’g’ri proporsional bo’ladi (rasm 16.20). Bunday datchikni afzalligi bo’lib uni chiziqliligi hisoblanadi, to’g’ri chiziqli og’ishni aniqlash uchun faqat ikki nuqta bo’yicha uni kalibrlashni o’tkazish imkonini beradi va uni koordinata o’qi bilan kesishishini ham (to’g’ri chiziqni og’ishi detektorni sezgirligini ifodalaydi)

Rasm. 16.19. To’g’ri siljiga р -n o’tish asosidagi harorat datchigi: : А — diod, Б — diod sxemasi bo’yicha ulangan tranzistor

Rasm. 16.20. O’zgarmas tok sharoitida olingan to’g’ri siljiga yarim o’tkazgichli o’tish uchun kuchlanishni haroratga bog’liqligi

bu yerda I₀ — to’yinish toki, uni kattaligi haroratga kuchli bog’liq:

Bu yerda E — absalyut nol haroratda (0 K) kremniy uchun taqiqlangan soha energiyasini kengligi, q – elektronni zaryad kattaligi, К – konstanta haroratga bog’liq bo’lmagan. (16.46) tenglamadan ko’rinib turibdiki o’zgarmas tok kuchlanishi sharoitida p – n o’tish ishlaganida u uni haroratiga proporsional bo’ladi, bu bog’liqlikni qiyaligi esa quyidagi ifoda orqali aniqlanadi:

Har qabday diod yoki bi qutbiy tranzistor harorat datchigi sifatida ishlatilishi mumkin.


Rasm. 16.21. PN100 kremniyli tranzistor asosida ado etilgan harorat datchigi uchun qurilgan o’lchash xatoliklarini haroratga bog’liqligi

Oddiyligi va juda arzon turishiu sababli tranzistorli (diodli) harorat datchiklari ancha keng tarqalgan. Rasm 16.21 da PN100 kremniyli tranzistor asosida ado etilgan harorat datchigi uchun qurilgan o’lchash xatoliklarini haroratga bog’liqligi ko’rsatilgan, u ishchi toki 100mkA bo’lganda haroratga bog’liq bo’ladi. Rasmdan ko’rinib turibdiki o’lchash xatoligi ancha kichik, ko’pchilik hollarda u chiziqli emaslikni korreksiya qilmasa ham bo’ladi. Diod asosida yig’ilgan harorat detektorlari ko’pincha kremniy asosidagi monolit datchiklari bo’lib bunda harorat kompensatsiyasi amalga oshiriladi. Masalan bunday detektorlar diffuziya usuli bilan kremniyli bosim mikrodatchiklarini membranalarida shakllantiriladi bunda piezorezistiv elementlarni haroratga bog’liqligi kompensatsiya qilinadi. Tranzistorlardagi kuchlanish kelvinlarda o’lchanaigan absalyut haroratga har doim proporsional bo’ladi. Ana shu hususiyat asosida uncha qimmat bo’lmagan yetarlicha aniq harorat datchigini yaratish mumkin. Shu datchik yordamida bevosita kuchlanishni o’lchash mumkin yoki oldindan o’zgartirib kuchlanishni o’lchash mumkin yoki oldindan kuchlanishni tokka aylantirib uni kattaligiga ko’ra haroratni aniqlash mumkin [12]. Bunday yarim o’tkazgichli harorat datchigi bi qutbli tranzistorni kollektor toki bilan baza emitter (Ка£) kuchlanishi orasidagi bog’liqlik asosida qurilgan.

Bu yerda г —tok ko’paytirgichi а (bizni misolda 8 ), к — Boltsman doimiysi, q — elektron zaryadi, Т_CEO — harorat Kelvinlarda ikkala tranzistorda ham tok bir xil, tok R, orqali oqadi va unda V_T=179 мкВ К kuchlanishni hosil qiladi, u kattalik kollektordagi toklarga bog’liq emas, shundan kelib chiqib datchik orqali oqayotgan tok yig’indisi uchun ifodani topish mumkin

Bu yerda г= 8 va R = 358 Ом, ushbu datchik chiziqli uzatish funksiyasiga I_T / T= 1 мкА/К ega.



Rasm. 16.22. Yarim o’tkazgichli harorat datchigini soddalashtirilgan sxemasi (A) va kuchlanishni tokka bog’liqligi (Б)
Rasm 16.22. Б da har hil harorat uchun qurilgan tokni kuchlanishga bog’liqligi ko’rsatilgan. Shuni qayd etamizki aylanali qavslarda ifodalangan tenglamada (16 50) ushbu konkret holatda o’zgarmas kattalik bo’lib, u datchikni tayyorlash jarayonida talab qilinadigan og’ishni aniq qurish uchun I_T |Т Тоk I_T kuchlanishga oson o’zgartiriladi. Masalan, agar datchikga ketma-ket qilib 10 кОм nominalga ega qarshilikni ulasak, bundagi kuchlanish absalyut haroratga to’g’ri proporsional bo’ladi, rasm 16.22 da ko’sratilgan soddalashtirilgan sxemani ishi uchun mos keladi.

Rasm . 16.23. LM35DZ yarim o’tkazgichli harorat datchigini uzatish funksiyasi (National Semiconductors, Inc ruxsati bilan tashkil qilingan) (16.49) va (16.50) tenglamalar ideal tranzistordan foydalangan holda faqat ularda /} = °е. Bunday tranzistorlar amalda qo’llanilinayotgan sxemalarda bo’lmaydi, ko’p qo’shimcha komponentalarni kiritish kerak bo’ladi. Ko’pchilik firmalar shu tamoyil asosida ado etilgan harorat datchiklarini chiqaradi. Ularni ichida LM35 (National Semiconductors) — uni chiqishi kuchlanish va AD590 (Analog Devices) —va tok bilan. Rasm 16.23. da LM35Z datchikni uzatish funksiyasi ko’rsatilgan, uni sezgirligi 10 мВ/°С darajaga sozlangan. Bunday datchikni chiziqli bo’lmagan uncha katta emas, odatda ±0.1°С chegarasidan chiqmaydi. Bunday datchikni uzatish funksiyasini quyidagi ifoda bilan yozish mumkin:

Bu yerda Т — Selsiy graduslardagi harorat . Idealda V0 nolga teng ammo amalda uni qiymati ±10 мВ doirasida o’zgaradi, bu esa ГС xatolikka mos keladi. a og’ishni kattaligi qoidaga ko’ra 9.9...10.1 atrofida bo’ladi.