Преобразователь температуры Советский патент 1981 года по МПК G01K7/14 

(54)-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к температурным измерени/гм, а именно к устрой ствам, 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 преобразовате лей 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, соединен ных 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 вторЬй 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 6 устройства, который подк.таочен через источник 7 тока к общей шине 8 питания, с которой также соединен сток и затвор МДПтранзистора 1. Устройство работает следующимобразом. При прохождении токов 1 и 1 ерез стоки МДП-транзисторов 1 и 2, они экспоненциально зависят от приложенных к электродам напряжений при работе МДП-транзисторов в обедненном режиме со слабой инверсией в диапазоне рабочих токов стоков от до 10 А и имеют вид 1 rjL rilVlcrnJ J. X3K1/ ) I. ln.exp|- VVr,) ,exP где1о. ,1 тепловые, токи стоков; напряжения сток - исток;пороговые напряжения; заряд носителей; абсолютная температура постоянная Больцмана; фактор, учитывающий ре комбинационные процессы на поверхности полупроводника подложки, причем удовлетворяет условию, что он меньше или равен трем, но больше или равен единицы. Так как для идентичных параметров МДП-транзисторов 1 и 2 тепловые точки стоков IQ-J и 1о2 и пороговые наравны между собой, пряжения то на выходе 6 преобразователя пературы выходное напряжение (it)« V -V -V Bbix 12 а где, ( - Ч1г/ . и, следовательно, выходное напряжение преобразователя пропорционально температуре окружающей среды, и с изменением температуры меняется и вы ходное напряжение Vg /xПричем, источник 7 тока задает ,ток стока z МДП-транзистера 2,источник 4 тока задает ток стока ( + li) МДП-транзистора 1. Соотно; щенйе между токами 1 и I выбирает .так, что ток 1 равен от 100 до 100 токам 1-2. для того, чтобы обеспечить достаточно большое значение для выходного напряжения , равное от 0,1 до 0,3В. В действительности параметр А не является постоянным вследствие того что m - фактор также является функцией от температуры m(I) и VYiQ ;. , оЧTPV,. ID iLf 1 fV:V S; v UQl. M/ J -LU IJ VO где температурный потенциал напряжения затвор-исток f. подложка-исток; т т тепловые точки индуциро ванного и металлургического р-п-переходов ; Vvio - фактор, учитывающий рекомбинационные процессы на пов,ерхности полупроводника подложки при темусловии, что напряжение подложки-исток равно нулю. Для случая больших обратных напряжений на электроде подложки и при условии, что тепловые индуцированные 1о и металлургический 1 токи р-п-переходов равны, причем напряжения затвор-исток V(jg и подложка-исток V.,s являются постоянными величинами, и выполняется условие, что разность между напряжениями затвор-исток и пороговым V-J. по абсолютной величине больше , тогда УУ , где С - постоянная величина, равная 7-10-41/грзщ.К. / Следовательно, m - фактор равен то -фактору и является постоянной величиной (получается из оценки постоянной С при m р факторе равного двум, абсолютной температуреТ равной 273К, разности напряжений затвор-исток Улд и пороговым ПО абСОлютной величине равной 0,3 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 по абсолютной величине меньше двойного потенциал-а Ферми , т-фактор имеет VM 1-С2Т где Са - постоянная величина, равная 2.10- 1/град..К. Поэтому для уменьшения зависимости га(Т) электроды подложек МДТ-транзисторов подключены кисточнику 3 обратного смещающего напряжения. Помимо высокой линейности, температурный преобразователь может быть применён в микромощных аналоговых и цифровых схемах интегральной электроники, так как рабочий режим токов питания МДП-транзисторов 1 и 2 находится в диапазоне от Ю А до 10 А. Формула изобретения Преобразователь температуры, содержащий дйа 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 подкл очен через второй источник тока к шине питания, отличающийс я тем, что, с целью улучшения линейности преобразования температуры, подложки МДП-транзисторов соединены друг с другом и подключены к источнику обратного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

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

2. Tsividis Y.P., Ulmer R.W. ACMOS voltage references , IEEE Journal. 1978, vol. S C№ 6, p. p. 774 - 778 (прототип).