Преобразователь температуры

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ (1)883670

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 250380 (21) 2898533/18-10 с присоединением заявки М— (23) Приоритет—

Опубликовано 233.181. Бюллетень Й9 43 (53)PA, Кл. С 01 К 7/14

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 536.53 (088. 8) Дата опубликования описания 231181

/ с (72) Автор изобретения

A.Ë. Якимаха (71) Заявитель

Киевское научно-производственное объединение Аналитприбор (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к температурным измерени;"м, а именно к устройствам, меняющие выходные характеристики, и может быть использовано в .различных областях аналоговой и цифровой схемотехники в качестве датчика температуры при компенсации темпе-. .ратурных погрешностей различных устройств микромощной электроники.

Известны устройства для преобразования температуры, выполненные в виде полупроводниковых преобразователей температуры (терморезисторы) (1).

Недостатком этих устройств является большая потребляемая мощность от источника питания, а также нелинейный характер зависимости сопротивления от температуры.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является преобразователь температуры, содержащий два однотипных МДП-транзистора, соединенных своими истоками через первый источник тока с шиной питания, затвор первого транзистора соединен со стоком и подключен к общей шине питания, затвор второго транзистора соединен со стоком и подключен через второй источник тока к шине питания (2).

Недостатком устройства. является нелинейный характер зависимости преобразования температуры.

Цель изобретения — улучшение линейности преобразования температуры.

Эта цель достигается тем, что в известном устройстве подложки МДПтранзисторов соединены друг с другом и подключены к источнику обратного напряжения.

На чертеже приведена схема устройства.

Устройство для преобразования температуры содержит два МДП-транзистора 1 и 2, подложки которых соединены вместе и подключены к источнику 3 опорного напряжения, а истоки соединены через источник 4 тока с шиной 5 питания. Затвор МДП-транзистора 2 соединен со стоком и является выходом б устройства, который подключен через источник 7 тока к общей шине 8 питания, с которой также соединен сток и затвор МДПтранзистора 1.

Устройство работает следующим образом.

При прохождении токов 1 и 1 через стоки МДП-транзисторов 1 и 2, они экспоненциально зависят от при883670

О î

4+ С„т

Формула изобретения

Io I 0 бО ложенных к электродам напряжений при работе МДП-транзисторов в обедненном режиме со слабой инверсией в диапазоне рабочих токов стоков от

10 A до 10 A и имеют вид

1 =1 ехр (0 - 7 где Хсч р102 — тепловые. токи стоков

Ч,V — напряжения сток — исток;

Чт УVT — ПОРоговые напРЯжениЯ

2 заряд носителей;

T. абсолютная темпеРатуРа; к постоянная Больцмана;

m фактор, учитывающий рекомбинационные процессы на поверхности полупроводника подложки, причем удовлетворяет условию, что он меньше или равен трем, но больше или равен 20 единицы.

Так как для идентичных параметров

МДП-транзисторов 1 и 2 тепловые точки стоков 10 и 102 и пороговые напряжения VT и Чт равны между собой, то на выходе б преобразователя температуры выходное напряжение

Ч =V-V= Ь вЂ” "=д и КТ

ВЫх 4 г= с), \т где, A = —, — паРаметР зо

% и, следовательно, выходное напряжение преобразователя пропорционально температуре окружающей среды, и с, 35 изменением температуры меняется и выходное напряжение Ч ь х.

Причем, источник 7 тока задает ток стока Jg МДП-транзистсра 2,источник 4 тока задает ток стока (Ie +

+ 1 ) МДП-транзистора 1. Соотно- 40 ,шение между токами 1,) и Ig выбирается . так, что ток I< равен от 100 до 1000 токам 12 для того, чтобы обеспечить достаточно большое значение для выходного напряжения V Х,,равное от 45

0,1 до 0,3 В.

В действительности параметр A не является постоянным вследствие того,, что m — фактоР также является функ- щ цией от температуры m(I) и о р — — -+ exp -1 ехртемпературный потенциал; напряжения затвор-исток, подложка-исток; тепловые точки индуцированного и металлургического р-и-переходов; фактор, учитывающий рекомбинационные процессы на поверхности полупро- водника подложки при условии, что напряжение подложки-исток равно нулю.

Для случая больших обратных напряжений на электроде подложки и при условии, что тепловые индуцированные

Io и металлургический I" токи р-и-пео реходов равны, причем напряжения затвор-исток V>+ и подложка-исток Ч

bS являются постоянными величинами и

I выполняется условие, что разность между напряжениями затвор- исток Ч

9з и пороговым Чт по абсолютной величине больше ma T, тогда где Cq — постоянная величина, равная

7 ° 10-4 1/град . К.

Сл едоват ел ьн о, m — фактор равен тo -фактору и является постоянной величиной (получается из оценки постоянной С при m о факторе равного двум, абсолютной температуре Т рав- ной 273 К, разности напряжений зато вор-исток Ч з и пороговым V по абсо Т лютной величине равной О, 3 В) при нормальных условиях- и больших обратных потенциалах на электроде подложки. В то же время для прямых потенциалов на электроде подложки, при этом напряжение подложка-исток V, .Ь5 по абсолютной величине меньше двойного потенциала Ферми 9, m-фактор имеет вид Ю о

Ф=

4-С2т где С вЂ” постоянная величина, равная

2 10 1/град.К.

Поэтому для уменьшения зависимости m(T) электроды подложек МДТ-транзисторов подключены к источнику 3 обратного смещающего напряжения.

Помимо высокой линейности, температурный преобразователь может быть применен в микромощных аналоговых и цифровых схемах интегральной электроники, так как рабочий режим токов питания МДП-транзисторов 1 и 2 находится в диапазоне от 10 "2A до 10 A.

Преобразователь температуры, со,держащий два однотипных МДП-транзисто.Ра, соединенных своими истоками через первый источник тока с шиной питания, затвор первого транзистора соединен со стоком и подключен к общей шине питания, затвор второго транзистора соединен со стоком и подключен через второй источник тока кшине питания, о тли ч ающийс я тем, что, с целью улучшения линейности преобразования температуры, подложки МДП-транзисторов соединены друг с другом и подключены к источнику обратного напряжения.

883670

Составитель М. Вабищевич

Техред N.Ðåéâåñ Корректор О. Билак

Редактор П. Ортутай

Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 10209/62

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Зи С.М. Физика полупроводниковых приборов. M., Энергия, 1973, с. 606.

2. Tsividis Y.P.,,Ulmer R W. ACMOS voltage references, ?ЕЕЕ Лоихт а1 . 1978, vol. 6 С-13, 9 6, р. р. 774 - 778 (прототип) .