Автоматизация сбора и первичной обработки информации

14 Термометры на p - n переходах Эффект зависимости свойств p - n переходов от температуры, нежелательный в большинстве применений, можно с успехом использовать для ее измерения. Датчики на p - n переходах характеризуются линейной зависимостью выходного сигнала от температуры, но как и всякие полупроводниковые устройства работают только в ограниченном интервале температур. Известно, что прямой ток через полупроводниковый диод можно записать в следующем виде: 0 exp 1 2 qV I I kT         , где I 0 – обратный ток насыщения при отрицательном напряжении V ; V – критическое напряжение на p - n переходе; q – величина заряда электрона; k – постоянная Больцмана; Т – абсолютная температура, К. Обратный ток I 0 не зависит от V , является тепловым током, зависящим от температуры. Он равен нулю при абсолютной нулевой температуре. Формулу для тока диода I можно привести к виду, где напряжение на диоде линейно зависит от T :   0 0 2 ln ln kT V I I I q        = 0 2 ln 1 k I T q I        . Для измерения температуры полупроводниковый диод включается в измерительную цепь в прямом направлении: чем меньше стабилизированный ток проходит через него, тем больше крутизна характеристики и чувствительнее термометр (рис. 1.12). Часто в качестве термодатчика используют переход база- эмиттер транзистора. Диоды обладают лучшей чувствительностью и линейностью, но меньшим рабочим диапазоном по сравнению с термопарными и резисторными термометрами. Известен диодный термометр на GaAs, обеспечивающий точность 0,002 К в интервале температур 14 – 300 К. Схема включения термометра на транзисторе, где датчиком служит его переход база-эмиттер, представлена на рис. 1.13 (пунктиром показан вариант включения указанного n - p - n транзистора с токостабилизирующим двухполюсником на p - n - p транзисторе). Важной характеристикой термодатчика является его постоянная времени, которая определяется как время, необходимое, чтобы указанная, например, термистором температура изменялась на 63,2% от разности между его первоначальной и новой измеряемой температурой (рис. 1.14). Как правило, чем меньше тепловой датчик, тем меньше его постоянная времени. Постоянная времени термопары обычно меньше (550 мс), чем у диода и транзистора (10 с) или интегральных микросхем (1 мин.), когда они используются в качестве датчиков температуры. Рис. 1.12 V 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 2040 140 180 220 260 К 10 mk A 100 mk A