自加熱Vbe 晶體管恒溫器無需校準(zhǔn)

它包含三個(gè)想法。

將雙極型功率晶體管復(fù)用在溫度自測(cè)和自發(fā)熱之間，從而實(shí)現(xiàn)自控溫度。

關(guān)閉恒溫器晶體管與需要溫度控制的組件的熱耦合。因此，當(dāng)晶體管對(duì)自身進(jìn)行恒溫時(shí)，它也會(huì)對(duì)與其熱結(jié)合的組件進(jìn)行恒溫。

利用？Vbe感測(cè)獲得晶體管 （Kelvin） 溫度的準(zhǔn)確且無需校準(zhǔn)的測(cè)量值，從而促進(jìn)準(zhǔn)確的溫度設(shè)定點(diǎn) ［1］。

一種明顯的替代方法是使用晶體管 Vbe tempco 進(jìn)行溫度自檢測(cè)，由于其明顯的簡(jiǎn)單性而很有吸引力，但在實(shí)踐中，它的實(shí)用性受到不可預(yù)測(cè)的晶體管 Vbe 可變性的限制。在參考文獻(xiàn) 1 中，的模擬大師 Jim Williams 解釋了這個(gè)問題如何需要初始傳感器晶體管校準(zhǔn)（如果傳感器需要更換，則需要重新校準(zhǔn)）。

但后來他用一個(gè)巧妙的解決方案挽救了局面。

Jim 寫道，事實(shí)證明，雖然隨機(jī)晶體管的恒定電流 Vbe 不可預(yù)測(cè)，但 BJT Vbe隨可變電流的變化是非?？深A(yù)測(cè)的。具體來說，它可靠地服從這個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)數(shù)方程……

？V BE = 制表符 LOG 10 （I 2 /I 1 ） / 5050

其中 Tabs = o開爾文的溫度。因此，當(dāng)用作溫度計(jì)時(shí)……

Tabs = ？V BE 5050 / LOG 10 （I 2 /I 1 ）

請(qǐng)注意，那個(gè)容易記住的“50-50”常量！

在這個(gè)恒溫器應(yīng)用中I 2 /I 1 = 2，所以……

？V BE = 選項(xiàng)卡 LOG 10 （2） / 5050 = 59.61 μV/ o K

圖 2顯示了恒溫器運(yùn)行的兩個(gè) 8.33 ms 周期。每個(gè)對(duì)應(yīng)于 60 Hz 交流電源的半個(gè)周期（50 Hz 也可以），因此它們以 120 Hz 重復(fù)并包括四個(gè)步驟。

圖 2具有兩個(gè) 8.33 ms 恒溫器運(yùn)行周期的溫度測(cè)量/控制周期，其中每個(gè)周期都包含四個(gè)步驟：自動(dòng)歸零、設(shè)定點(diǎn)比較、加熱/冷卻和 A1d 重置。

第 1 步：自動(dòng)歸零包括 Q1 的發(fā)射極電流 Iq1 從零上升到 ~50 mA 所需的~520 μs 時(shí)間間隔，由 R3 和比較器 A1c 檢測(cè)到，相對(duì)于 5.00 V 參考 U2 和 R4 提供的精密 500 mV 閾值電壓， R5、R6分壓網(wǎng)絡(luò)。在此步驟中，A1c 引腳 8 為低電平，配置開關(guān) U1a 和 U1b 以導(dǎo)致 A1a 自動(dòng)歸零。A1a 的自動(dòng)歸零很有用，因?yàn)榕c A1 的（典型值 2 mV，值 4.5 mV）Vos 偏移電壓相比，ΔVbe信號(hào)的振幅較低 （《60 μV/ o K） 。如果不進(jìn)行校正，這將意味著 33 o K 到 75 o K的（未歸零）溫度測(cè)量誤差。獲取、保持并因此減去 C1 上 A1a 的 Vos 避免了這種無節(jié)制的命運(yùn)。

自動(dòng)歸零在 Iq1 = 50 mA 時(shí)結(jié)束，迫使 Vr3 = 500 mV 驅(qū)動(dòng) A1c pin8 = 0 并開始設(shè)置點(diǎn)比較步驟。

第 2 步：設(shè)定點(diǎn)比較占用接下來的 520 μs，同時(shí) Iq1 從 50 mA 翻倍至 100 mA，產(chǎn)生上述 I 2 /I 1 = 2，從而產(chǎn)生 59.61 μV/ o K 溫度測(cè)量 Vbe 增量。A1a 將其與設(shè)定點(diǎn)偏置電阻 R2 的編程溫度設(shè)定點(diǎn)進(jìn)行比較，以便……

Vr1 = 5.96 μA x R1

R1 = T（設(shè)定點(diǎn)）o K x 10 Ω

以下是所選設(shè)定點(diǎn)溫度的一些示例 R1 值（接近的標(biāo)準(zhǔn)電阻值）……

比較步驟的結(jié)果（T 》 或 《 設(shè)定值）被采樣并保存在 C2 上。

步驟#2 在 Iq1 = 100 mA 和 Vr3 = 1 V 時(shí)結(jié)束，將 A1d 引腳 14 驅(qū)動(dòng)為低電平并導(dǎo)致開關(guān) U1c 傳輸 Vc2。因此，Vbe 增量設(shè)置點(diǎn)與雙穩(wěn)態(tài) A1b 的比較結(jié)果?？刂菩盘?hào)從那里進(jìn)入加熱啟用/禁用晶體管 Q2 的基極。

步驟 #3：加熱/冷卻跨越交流半周期的大部分剩余時(shí)間，對(duì)應(yīng)于步驟 #2 的 T《設(shè)定點(diǎn)（加熱）或 T》設(shè)定點(diǎn)（冷卻）結(jié)果以及 A1d 和 Q2 的結(jié)果狀態(tài)。請(qǐng)注意，在圖 2 中，左側(cè)半周期顯示 T 《 設(shè)定點(diǎn)（加熱）的結(jié)果，而右側(cè)顯示 T 》 設(shè)定點(diǎn)（冷卻）的結(jié)果。

第 4 步：A1d 重置使用交流過零通過連接 Q3 的二極管每 8.33 ms 重置 A1d 鎖存器，為另一個(gè)恒溫周期做準(zhǔn)備。

，我應(yīng)該提一下關(guān)于嘗試使 ΔVbe 溫度測(cè)量通常與功率晶體管一起工作的一個(gè) 警告買者類型的事情：大多數(shù)情況下它不會(huì)。

盡管大多數(shù)小信號(hào)晶體管天生就符合 Williams 描述的對(duì)數(shù)關(guān)系，但許多（也許是大多數(shù)）功率晶體管肯定不符合。幸運(yùn)的是，Rohm 2SCR586J 是個(gè)例外，它準(zhǔn)確地遵循了“5050”算法。