апвпа. Министерство науки и высшего образования российской федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

• Название: Министерство науки и высшего образования российской федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
• Анкор: апвпа
• Дата: 16.06.2022
• Размер: 4.89 Mb.
• Имя файла: VKRAbramov3 (2).docx
• Тип: Документы; #598177
• страница: 6 из 9

2.2 Схема контроля температуры

Фактически, термокомпенсирующий транзистор в эталонном модуле выполняет двойную функцию. Сам стабилитрон имеет относительно высокий температурный коэффициент около +2 мВ/°C, что явно неприемлемо для прецизионных приложений. Но поскольку переход база-эмиттер транзистора имеет температурный коэффициент около −2 мВ/°C, размещение перехода и стабилитрона вплотную снижает общий температурный коэффициент схемы почти до нуля (естественно, некоторая часть тока смещения протекает через базу транзистора, но это несущественно, потому что ток базы меньше, чем ток коллектора, который для этого транзистора составляет около 200. Следовательно, ток базы составляет всего около 0,5 мкА).

Поскольку температурные коэффициенты транзистора и стабилитрона не взаимно компенсируются, в LTZ1000 также находится встроенный нагреватель для поддержки постоянной температуры подложки. Питается нагреватель от типичного транзистора 2N3904, который управляется небольшими корректировками напряжения база-эмиттер термочувствительного транзистора. [10]

Как и до этого, ток коллектора транзистора задается резисторами R3, R4 и R5, они действуют как делитель напряжения, и их значения устанавливаются определенным образом, чтобы напряжение база-эмиттер соответствовало напряжению база-эмиттер при желаемой настройке температуры. В нашем случае мы используем R4 = 13 кОм и R5 = 1 кОм, так что напряжение база-эмиттер составляет около 500 мВ. Что соответствует рабочей температуре около +60°C. Таким образом, изменение сопротивления R4 на 0,5 кОм изменяет рабочую температуру примерно на 5°C. Для того чтобы поддерживать постоянную температуру, для R4 и R5 нужно использовать прецизионные резисторы с очень низкой температурой. [12]

Когда чип нагревается выше установленной температуры, напряжение база-эмиттер уменьшится на 2 мВ/°C. Следовательно, напряжение коллектора также будет падать, поскольку через R3 проходит больше тока. Данное падение будет усилено операционным усилителем, уменьшая базовый ток силового транзистора и, следовательно, уменьшая мощность, рассеиваемую в нагревателе.

Полная схема LTZ1000 соединяет эти две схемы вместе и показана ниже. Положительная клемма опорного напряжения находится на + V REF, а отрицательная клемма - на землю. Поскольку нагреватель по своей природе является шумным, необходимо уделить особое внимание тому, чтобы ток нагревателя имел собственный обратный путь к земле, который отделен от земли опорного напряжения.

2.3 Вид схемы

Теперь, исходя из всего, окончательный вид схемы показан ниже:



Рисунок 11 – схема источника опорного напряжения

В то время как детали уровня с точностью до миллионных долей, такие как LTZ1000, легко найти, разработка системы, которая бы раскрывала свойства LTZ1000, — непростая задача. Распространенными источниками ошибок в прецизионных схемах являются термоэлектрические напряжения, шум, температурный дрейф, влажность / давление и даже физическая нагрузка. Следует соблюдать надлежащие методы сборки с учетом теплового, механического и общего размещения, чтобы уменьшить связь и распространение этих ошибок на чувствительные цепи. Важно защитить прецизионные аналоговые детали от внешних электромагнитных, тепловых и воздушных помех.

2.4 Генерация шума

При работе с напряжением с точностью до микровольт очень важно свести уровень шума к минимуму. Типичный источник питания может легко излучать шум величиной в милливольт, в то время как наша схема чувствительна до микровольт. Спектральная плотность шума используемого усилителя, шум Джонсона сопротивлений могут повлиять на конечные характеристики схемы. Самый эффективный метод минимизации шума - убедиться, что он никогда не попадает в схему. Нужна проверка наличия паразитной емкости в узлах схемы, чтобы обеспечить стабильность опорного напряжения по постоянному току.

Но даже при отсутствии шума, генерируемого самим эталоном, важно избегать наводок от излучаемых и индуцированных внешних электрических помех, например, от ближайшего импульсного преобразователя или сетевого трансформатора. Необходимы такие методы защиты, как экранирование, защита, тщательное заземление и правильная разводка печатной платы. Оба шасси должны быть заземлены для защиты от внешних помех. Это также верно для оплетки кабеля, подводящего ток к нагрузке. По возможности ток должен передаваться по витой паре, чтобы предотвратить наводки из-за паразитных магнитных полей. [13]



Рисунок 12 – Вспомогательная схема измерения температуры платы KX источника опорного напряжения