Z元件的温度补偿技术三

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Z元件的温度补偿技术三

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励作用时,可产生有效输出。

6t6.gif (5845 字节)

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。

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