3.1 Pentru circuitul de masurare a temperaturii plachetei de siliciu (cipului) (deci si a temperaturii mediului pentru ca pe cip este putere disipata mica ce nu-i schimba temperatura fata de cea a mediului) se cer:
a) Rolul componentelor,
b) Relatia tensiunii de iesire,
c) Sa se determine rezistenta 525f55f potentiometrului P pentru a se obtine un coeficient de temperatura de 10-2V/K,
d) Valorile curentilor IC1, IC2,
e) Sa se arate ca T1 si T2 nu sunt saturate,
a) T1 si T2 constituie senzorul de temperatura. Atât prin T1 cât si prin T2 se realizeaza reactie negativa la amplificator. Caderea de tensiune UR2 de pe rezistenta R2 este o functie de tensiunile UBE ale tranzistoarelor deci va fi o functie de temperatura. Prin potentiometrul P se va face etalonarea termometrului. Valoarea coeficientului de temperatura al tensiunii de iesire (factorul din relatia tensiunii de iesire) este impus de divizorul R1-R2. Stabilizatorul de tensiune cu dioda Zener asigura o tensiune mai mica de alimentare pentru a se lucra cu curenti si rezistente de colector mai mici.Diodele Zener cu tensiunea de 5,6V au coeficient de temperatura al tensiunii apropiat de zero deci tensiunea este stabila.
b) Pe circuitul celor doua intrari de tranzistoare se scrie relatia:
Pe divizorul rezistiv se scrie:
din care 
Astfel, cu UT=kTj/q ,
rezulta: 
c) Impunând coeficientul ct=10-2 si luând k/q=kT/qT=UT/T rezulta:
si apoi 
din care P=47kΩ.
Se foloseste deci un potentiometru de 100kΩ pentru a se asigura un reglaj în ambele sensuri (pentru un reglaj fin în practica se va utiliza un rezistor fix în serie cu unul ajustabil de valoare mai mica).
d) Valorile curentilor de colector rezulta din ecuatiile:
si 
Rezulta IC1=48,5μA si IC2=151,5μA.
e) Potentialul colectoarelor tranzistoarelor este:
UC=E1-IC1RC1=5,6-0,0485mA·100kΩ=0,75V
Cum în emitoarele tranzistoarelor potentialul este -UBE=-0,6V rezulta ca
UCE=UC-UE=0,75+0,6=1,35V > UBE
Deci tranzistoarele T1 si T2 nu sunt saturate.
Schema din figura asigura la iesire o tensiune continua V0 , proportionala cu temperatura absoluta ( în K ) a cipului în care este integrat circuitul. Se cer:
a) Sa se explice rolul etajelor si tranzistoarelor,
b) Sa se determine relatia tensiunii V0 presupunând curentul de emitor al tran-zistorului T2 neglijabil fata de cel al tranzistorului T8 (prin rezistenta R6 ),
c) Sa se calculeze coeficientul de temperatura ∆V0/∆T al tensiunii V0. Cât este V0 la temperatura maxima tjMAX=120 C, dar la cea minima de 23 C ?
d) Sa se determine la T=300K curentii de colector ai tuturor tranzistoarelor spre a se verifica daca IE2 << IE8 .
Se dau : UBE βnpn = 100 ; β6 = 50 ; β5 = 10 ; Curentii de baza (cu exceptia celor de la T5,T8) se neglijeaza.
a) Explicarea rolului etajelor si tranzistoarelor :
T1,T2 - un etaj traductor cu temperatura,
T3,T4 - etaj diferential folosit ca amplificator,
T5,T6 - oglinda de curent cu tranzistor tampon ( T6 ) realizând sarcina activa a etajului diferential,
T7,T8 - etaj de iesire, repetor, cu Darlington .
De pe divizorul R5-R6 se aplica o reactie negativa prin T2 în baza lui T4.
Se poate considera schema simplificata.
 |
|||
|
|||
b) Neglijând curentul IE2 prin R6 rezulta pentru divizor :
Dar
, 
Considerând amplificarea amplificatorului A de
valoare mare ( 1000) se poate face
aproximatia : 
Rezulta din cele trei relatii de mai sus :
Deci tensiunea de iesire este proportionala cu T.
Numeric
, 
si
c) Coeficientul de temperatura al tensiunii V0 este :
Pentru 
, rezulta : 
si 
d) Calculul curentilor de colector ai tranzistorului .
prin urmare 
Potentialele colectoarelor lui T1 si T2 sunt aproximativ egale:UBE1+UBE3.
Deci, se pot considera R1 si R2 în paralel si
Având 
rezulta IC1=3,14IC2 si apoi IC1=49μA , IC2=16μA
.
In continuare
Curentul 
se determina din
divizorul R5-R6 pentru Vo=3V :
Pentru circuitul de masurare a temperaturii cipului de siliciu (si deci si a mediului) din figura se cer:
a) Sa se deduca relatia tensiunii de iesire Ue=f(T) si sa se stabileasca ce coeficient de temperatura prezinta. Curentii IB sunt neglijabili, amplificatorul are Au
b) Sa se arate ca la 0 C (273K) tranzistoarele T1 si T2 sunt în afara saturatiei.
c) Temperatura minima pâna la care poate lucra circuitul daca amplificatorul nu limiteaza inferior tensiunea lui de alimentare iar pe sursa de curent I14 e necesara o cadere minima de tensiune de 0,66V (daca UBE1min 0,6V).
Observatii: 1. Sursa de curent constant I14 a fost întâlnita într-o problema anterioara.
2. Circuitul se foloseste de cele mai multe ori cu un potentiometru extern de 10kΩ, conectat între pinii Ue si 0V, având cursorul legat la pinul ADJ, pentru a se ajusta coeficientul de tempetatura al tensiunii de iesire într-o gama restrânsa, în jurul valoriice va rezulta din calcule mai jos.
3. A se observa ca circuitul integrat are doar trei pini deci se poate încapsula într-o capsula simpla de tranzistor.
4. Cifrele marcate în apropierea emitoarelor tranzistoarelor arata raportul ariilor jonctiunilor emitoare ale acestora.
 |
|||
 |
|||
Având caderea de tensiune pe R4:
rezulta 
Pe circuitul jonctiunilor emitoare ale tranzistoarelor se scrie:
si având IC1=IC2 (datorita egalitatii rezistentelor de colector si a potentialelor din colectoare) si ICo1=10ICo2 se obtine
Rezulta cu aceasta: 
Deci coeficientul de temperatura este 10-2V/°C sau 10mV/°C.
Observatie: Cu ajustare externa se poate modifica în jos si sus cu cca 20 %.
b) La 0°C sau T=273K rezulta Ue=2,73V. Atunci
Pe de alta parte, din divizor (B2 are cel mai ridicat potential dintre cele doua baze):
Cum UC2 > UB2 rezulta ca tranzistorul T2 ( deci si T1) este nesaturat .
c) La T mai mic Ue scade , scade UB1 - si circuitul functioneaza corect pâna când începe saturatia tranzistorului T14 din sursa de curent I14 .
0,6 + 0,66 =1,26 V
(în acest caz T2 este înca nesaturat). Pe divizor rezulta :
Egalând
1,26=10-2 Tmin
rezulta Tmin=273 K C .
Rezolvati aceasta problema pentru cazul când la iesire este conectat un potentiometru de 10 KW de ajustare a coeficientului de temperatura ( cu cursorul legat la ADJ ), în situatiile când, pe rând, cursorul este dus la cele doua capete.
|
