Устройство для измерения температуры

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1708391 7/ОО 51)5 6 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КО О ИЗОБРЕТЕНИЯМ И О ПРИ ГКНТ СССР ТЕТРЫТИЯ 6 ЙМВ 30 М1 ПЯ тЩ; "р ГАШЕНИЯ ИДЕТЕЛ ЬСТ АВТОРСКОМ ий ин.ФоТЕМетрии рения честве САНИЕ ИЗО(56) Авторское свидетельство СССРМ 993042, кл. 6 01 К 7/00, 1981.Авторское свидетельство СССР1 Ф 1198390, кл, 6 01 К 7/00, 1983.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИП ЕРАТУРЫ(57) Изобретение относится к термои позволяет повысить точность измтемпературы при использовании в ка термочувствительного элемента МДП-транзистора. При помощи регулируемых источников 1 и 2 постоянного напряжения задается рабочая точка МДП-транзистора 8, Генератор 3 синусоидального напряжения задает переменную составляющую тока стока, амплитуда которой на порядок мен 1 ше, чем величина постоянной составляь;щей тока стока, Амплитуда переменной составляющей линейно зависит от температуры, Усилителем 11 переменного тока эта составляющая усиливается И подается на первый вход перемножителя 12, на второй вход которого от генератора 3 подается опорный сигнал. Выходной сигнал перемножителя 12 проходит через фильтр 13 нижних частот и отображается на вольтметре 14, 1 ил.Изобретение относится к измерению температуры и наиболее эффективно может быть использовано для контроля температуры нагрева полупроводниковых кристаллов интегральных микросхем, изготовленных по МДП-технологии, а также для термокомпенсации полупроводниковых датчиков на основе МДП-структур.Цель изобретения - повышение точности измерения в широком диапазоне температур,На чертеже представлена структурная схема устройства.Устройство для измерения температуры содержит первый 1 и второй 2 источники постоянного напряжения, генератор 3 синусоидального напряжения, резисторы 4 - 7, термочувствительный МДП-транзистор 8, операционные усилители 9 и 10, усилитель 11 переменного тока, перемножитель 12, фильтр 13 нижних частот и вольтметр 14.Выход первого источника 1 постоянного напряжения подключен к стоку термочувствительного МДП-транзистора. Выводы второго источника 2 постоянного напряжения и генератора 3 синусоидального напряжения через второй 5 и третий б резисторы подключены к инвертирующему входу первого операционного усилителя 9, неинвертирующий вход которого соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя 10 и общей шиной устройства, Инвертирующий вход первого операционного усилителя 9 через четвертый резистор 7 соединен с выходом первого операционного усилителя и вторым выводом первого резистора 4, первый вывод которого подключен к выводам исток - подложка транзистора 8 и к инвертирующему входу второго операционного усилителя 10, выход которого соединен с выводом затвора МДП-транзистора и через усилитель 11 переменного тока - с первым входом перемножителя 12, второй вход которого соединен с выходом генератора 3 синусоидального напряжения. Выход перемножителя 12 через фильтр 13 нижних частот подключен к входу вольтметра 14,Устройство работает следующим образом.Рабочая точка термочувствительного МДП-транзистора 8 задается с помощью регулируемых источников 1 и 2 постоянного напряжения, Источником 2 задается ток стока, а источником 1 - напряжение на стоке МДП-транзистора, причем рабочая точка выбирается в пологой области вольтамперных характеристик транзистора 8. В этом случае выра;кение для тока стока имеет вид1 с -- (Оз О ) (1)где 1 о - ток стока; Оз - напряжение на затворе; От - пороговое напряжение МДП-тран, С ЧЧзистора; Ь = удельная крутизна; р - подвижность электронов в канале; Со - удельная емкость диэлектрика;и Ю - длина и ширина канала транзистора.10 Так как в. предлагаемой схеме ток стокаи напряжение на стоке задаются, выражение (1) перепишем в виде 21 с"+2 р+ 20 Со Ь(рк - разность работ выхода электрона;Ов - заряд на границе раздела полупроводник-диэлектрик;КТ йдЮ = и Ч - заряд электрона К -9 ппостоянная Больцмана; Т - абсолютная температура; Кд - концентрация примеси в подложке; п - концентрация носителей в собственном кремнии; яо - электрическая постоянная; я - диэлектрическая проницаемость кремния.При изменениях температуры меняют ся параметры Ь и Оть щ:- т, ут 2 ргде Т, - комнатная температура; Ио - подвижность электронов при температуре То, 40дООт (То+оТ)= От (То) + ЛТ, (4)дТд фгде - температурная чувствител ьность порогового напряжения, которую можно определить из номограмм, зная удельное сопротивление кремниевой подложки и толщину диэлектрика.Генератор 3 задает переменную состав ляющую тока стока, амплитуда которой должна быть по крайней мере на порядок меньше, чем величина постоянной составляющей тока стока. Частоту переменного сигнала необходимо выбирать, чтобы обратная связь без искажений успевала отслежи-, вать изменения тока стока (например, 100 - 1000 Гц), а также не оказывала влияния на выходной сигнал.Переменную составляющую можно получить, продифференциромв выражение (2):(6) Оз= Т сТ с, (7)о То с О 11= К 11 2 В/Со гдЕ К 11 - кОЭффициЕ переменного тока,Напряжение на частот имеет виднт усиления усилителя25ыходе фильтра нижних Он Оосов р, (8) О 1 З= К 1 Составитель В.Ярыч Техред М.Моргентал эктор Н,Тупиц Корректор З.Лончакова аз 4460 Тираж.- ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 10 д Оз,1 Г,с, 1 сз д с с 1 Ь 2 с (5) где Оз, 1 с - амплитуды переменных составляющих. В этом выражении от температуры зависит только Ь, поэтому, подставив значение Ь из формулы (3), получим 2 ЧЧ Со /4 о То 1 с 210 Из выражения (6) следует, что амплитуда переменной составляющей линейно зависит от температуры, С помощью усилителя 11 переменного тока этот сигнал усиливается и подается на первый вход перемножите ля 12, на второй вход которого от генератора 3 синусоидального напряжения подается опорный сигнал.Напряжение на выходе усилителя переменного тока будет 20 где Кф - коэффициент передачи фильтра; К 12 - коэффициент передачи перемножителя, регулировкой которого устанавливается соответствие выходного напряжения абсолютной температуре, В используемом диапазоне частот сдвиг фаз близок к нулю, поэтому соз р имеет значение, близкое к единице. Устройство для измерения температуры, содержащее термочувствительный элемент, выполненный в виде МДП-транзистора, вывод подложки которого соединен с выводом истока и первым выводом первого резистора, вывод стока подключен к первому источнику постоянного напряжения, второй, третий и четвертый резисторы и вольтметр, о т л и ч а ю щ е е ся тем, что, с целью повышения точности измерения в широком диапазоне температур, в-него введены второй источник постоянного напряжения, генератор синусоидального напряжения, первый и второй операционные усилители, последовательно соединенные усилитель переменного тока, перемножитель и фильтр нижних частот, подключенный выходом к вольтметру, выход генератора синусоидального напряжения подключен к второму входу перемножителя и через третий резистор соединен с инеертирующим входом первого операционного усилителя, подключенным через второй резистор к второму источнику постоянного напряжения, выход первого операционногоусилителя соединен через четвертый резистор со своим инвертирующим входом и через первый резистор - с инвертирующим входом второго операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя и подключен к общей шине устройства, выход второго операционного усилителя соединен с выводом затвора МДП-транзистора и подключен к входу усилителя переменного тока,