Преобразователь температуры вчастоту

 

О П И С А Н N Е (i) 5O8687

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реслублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 18.10.74 (21) 2068170/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.03.76. Бюллетень № 12

Дата опубликования описания 09.07.76

t (51) М. Кл G 01К 7/14

Государственный комитет

Совета Министров CCCI ло делам изобретений и открытий (53) УДК 536.531(088.8) (72) Авторы изобретения

А. Я. Вуль, И. И. Сайдашев, Н. М. Тищенко, А. Я. Шик и Ю. В. Шмарцев

Ордена Ленина Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ В ЧАСТОТУ

Изобретение относится к области теплотехнических измерений и предназначено для преобразования температуры в последовательность электрических импульсов.

Известны преобразователи температуры в частоту, содержащие чувствительный элемент, светодиод, фотоприемник оптически связанный с светодиодом, электронную схему на транзисторах, состоящую из последовательно включенных ключевого устройства, мультивибратора, балансного каскада.

Однако такие преобразователи имеют малый диапазон измеряемых температур и низкую чувствительность.

В предлагаемом преобразователе фотоприемник, являющийся одновременно чувствительным элементом, выполнен на основе структуры с и+и (р+р)-переходом и включен в базовую цепь транзистора ключевого устройства, причем контакты к чувствительному элементу расположены на и+ (р+)-слое, а светодиод включен в эмиттерные цепи транзисторов балансового каскада.

Благодаря этому возмо>кно расширение диапазона измеряемых температур и повышение чувствительности.

С целью упрощения конструкции, фотоприемник изготавливают из пленки арсенида галия п-типа, нанесенной на подложку из полуизолирующего арсенида галия, а светодиод выполнен на основе р — п-перехода на арсениде галия.

На фиг, 1 показана принципиальная электрическая схема преобразователя; на фиг. 2 изобра>кен чувствительный элемент.

Преобразователь содержит фотопрпемник 1, одновременно являющийся чувствительным элементом, светодиод 2, ключевое устройство, состоящее из усилителя, собранного на транзисторах 3, 4, транзисторного ключа на транзисторе 5, ждущего мультивпбратора на транзисторах 6, 7 с времязадающей цепочкой, состоящей из элементов 8, 9, балапсного каскада на транзисторах 10, 11; источник 12 опорного напряжения, источник 13 питания, резисторы 14 — 31 эмиттерных, коллекторных и базовых цепей.

Чувствительный элемент представляет собой двухслойную структуру, состоящую из и- (р+)слоев 32 и n(p)-слоев 33 и контактов 34, 35.

Преобразователь работает следующим образом.

На границе n+-слоев 32 и п-слоев 33 двухслойной структуры чувствительного элемента возникает n+n-переход. Освещение и+-слоя приводит к изменению концентрации электронов п+-слое, а следовательно к измене ппо сопротивления n+-слоя.

Время т установления равновесного состояЗО пия электронов, а следовательно и скорость

508687

Щиг.>

Составитель В. Куликов

Текред Г. Андреева

Редактор Т. Рыбалова

Корректор Л, Орлова

Заказ 1951/2 Изд. № 1347 Тираж 790 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретении и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 изменения сопротивления, экспоненциально зависит от температуры, .eke; Е 1, ..;, ф т / где j в1-0.— "- сек; -:.". ЬŠ— величина энергетического барьера на переходе, которая зависит от выбора материала структуры и может составлять от сотых долей до единиц электронвольт; и — постоянная Больцмана;

Т вЂ” температура.

В исходном состоянии сопротивление и+слоя велико. При включении питания падение напряжения на нем превышает величину опорного напряжения источника 12, при этом открывается транзистор 5, ждущий мультивибратор переходит во временноустойчивое состояние, импульс напряжения с коллектора транзистора 7 поступает на балансный каскад, через светодиод начинает течь ток. Возникающее излучение фотодиода приводит к уменьшению сопротивления n+-слоя структуры и следовательно к уменьшению падения напряжения на нем. Транзистор 5 закрывается опорным напряжением источника 12. После окончания импульса, длительность которого определяется времязадающей цепочкой 8, 9, схема возвращается в исходное состояние, ток через светодиод.при этом равен нулю, пока сопротивление п-слоя не достигнет порога срабатывания.

Таким образом, устройство генерирует последовательность импульсов, частота следования которых, определяется скоростью изменения сопротивления n+-слоя структуры к равновесному значению после освещения.

Применение структуры из арсенида галия упрощает конструкцию, поскольку в этом случае светодиод и фотоприемник могут быть выполнены методами планарной технологии в одном монокристаллическом блоке.

10 Формула изобретения

1. Преобразователь температуры в частоту, содержащий чувствительный элемент, светодиод, фотоприемник, оптически связанный с светодиодом, электронную схему на транзисторах, состоящую из последовательно включенных ключевого устройства, мультивибратора, балансного каскада, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых температур и повышения чувствительности, фотоприемник, являющийся одновременно чувствительным элементом, выполнен на основе структуры с n+n (р+р)-переходом и включен в базовую цепь транзистора ключевого устройства, причем контакты к структуре расположены на и+ (р+)-слое, а светодиод включен в эмиттерн ые цепи транзисторов балансного каскада.

2. Устройство по п. 1, отличающееся

30 тем, что, с целью упрощения конструкции, фотоприемник выполнен из пленки арсенида галия п-типа, нанесенной на подложку из полуизолирующего арсенида галия, а светодиод выполнен на основе р — n-перехода на арсени35 де галия.