- •В.О. Яцук автоматизовані засоби метрологічного забезпечення
- •16. Кодокеровані міри ємності 174
- •17. Модуль інтелектуального інтерфейсу перетворювачів 212
- •Перелік скорочень, символів та термінів
- •1. Єдність вимірювань та способи її досягнення
- •1.1. Єдність та метрологічне забезпечення вимірювань
- •1.2. Метрологія – фундамент сучасної науки і техніки
- •1.3. Метрологічне забезпечення, основні поняття
- •1.4. Методи метрологічної перевірки
- •1.5. Особливості проведення метрологічної перевірки
- •2. Багатозначні міри електричних величин
- •2.1. Забезпечення безперервного контролю процесів вимірювань
- •2.2. Аналіз можливих шляхів підвищення метрологічної надійності засобів електричних вимірювань
- •2.3. Корекція похибок звт з допомогою кодокерованих мір
- •2.4. Структурні схеми калібраторів активних та пасивних електричних величин
- •3. Міри е.Р.С., напруги та струму
- •3.1. Міри електрорушійної сили та напруги
- •3.2. Міри напруги на основі стабілітронів
- •3.3. Джерела опорної напруги на основі ширини забороненої зони напівпровідника
- •3.4. Перспективні напрямки розвитку джерел опорної напруги
- •4. ПрецИзійні масштабні вимірювальні перетворювачі
- •4.1. Вимоги до масштабних перетворювачів
- •4.2. Способи коригування випадкових похибок масштабних перетворювачів
- •4.3. Підсилювачі з мдм–перетворенням
- •4.4. Корекція випадкових похибок в підсилювачах з періодичною корекцією дрейфу
- •4.5. Широкосмугові двоканальні підсилювачі
- •4.6. Пристрої гальванічного розділення
- •5. Прецизійні генератори синусоїдної напруги
- •5.1. Методи побудови генераторів та їх основні характеристики
- •5.2. Низькочастотні rс-генератори
- •5.3. Способи стабілізації амплітуди коливань
- •5.4. Високочастотні lc-генератори
- •5.5 Стабілізація частоти генераторів
- •6. Функціональні генератори
- •6.1. Методи побудови, основні технічні характеристики
- •6.2. Помножувачі ємності
- •6.3. Перетворювачі трикутник–синус
- •6.1. Методи побудови, основні технічні характеристики
- •6.2. Помножувачі ємності
- •6.3. Перетворювачі трикутник–синус
- •7. Комутаційні елементи
- •7.1. Заступна схема комутаційних елементів
- •7.2. Електромеханічні комутаційні елементи
- •7.3. Комутаційні елементи на біполярних транзисторах
- •7.4. Комутаційні елементи на польових транзисторах
- •7.5. Оптоелектронні ключі
- •8. Кодокеровані подільники напруги та струму
- •8.1. Резистивні ккп
- •8.2. Ккп з широтно–імпульсною модуляцією (шім)
- •8.3. Ккп на базі магнітних компараторів постійного струму
- •8.4. Індуктивні ккп
- •9. Методи побудови калібраторів постійного струму і напруги постійного струму
- •9.1. Принципи побудови калібраторів
- •9.2. Калібратори на базі магнітних компараторів постійного струму
- •9.3. Калібратори на базі індуктивних подільників напруги
- •9.4. Калібратори на основі подільників з шім-перетворенням
- •9.5. Розширення границь відтворення напруг постійного струму
- •9.6. Розширення границь відтворення постійного струму
- •9.7. Структури серійних калібраторів напруги постійного струму та постійного струму
- •9.8. Характеристики серійних калібраторів постійної напруги і струму
- •10. Калібратори змінних напруги та струму
- •10.1. Функціональна схема калібраторів змінних напруг і струму
- •10.2. Система автоматичного регулювання амплітуди гоч
- •10.3. Стабілізація частоти методом синтезу частот
- •10.4. Вдосконалення підсилювачів високої напруги
- •11. Багатозначні кодокеровані міри опору
- •11.1. Особливості вимірювання та відтворення електричного опору
- •Значення вимірювальних струмів та напруг для різних значень відтворювальних опорів
- •11.2. Традиційні міри електричного опору
- •11.3. Кодокеровані магазини опору
- •11.4. Кодокеровані магазини провідності
- •12. Імітатори електричного опору
- •12.1. Методи імітації електричного опору
- •12.2. Низькоомні імітатори опору
- •12.3. Середньоомні імітатори опору. Автоматизований вибір піддіапазонів відтворення
- •12.4. Кодокеровані високоомні міри
- •13. Дистанційне передавання значень електричного опору
- •13.1. Підвищення метрологічної надійності резистивних вимірювальних каналів
- •13.2. Чотирипровідні кодокеровані імітатори опору
- •13.3. Кодокеровані імітатори активного електричного опору
- •13.4. Аналіз частотних властивостей імітаторів активного опору
- •13.5. Коригування похибок кодокерованих мір для дистанційного передавання значень опору
- •14. Методи побудови кодокерованих мір імпедансу
- •14.1. Трансформаторні міри імпедансу
- •14.2. Коригування похибок трансформаторних мір імпедансу
- •14.3. Активні імітатори імпедансу
- •14.4. Міри реактивності на потенційно-стійких елементах
- •14.5. Міри кодокерованих реактивностей із втратами
- •15. Кодокеровані Міри індуктивності
- •15.1. Міри індуктивності і взаємоіндуктивності (однозначні та з ручним управлінням)
- •15.2. Вимоги до кодокерованих мір індуктивності
- •Параметри кодокерованої міри індуктивності
- •15.3. Аналіз традиційних шляхів реалізації кодокерованих мір індуктивності
- •15.4. Обґрунтування методу побудови кодокерованих мір індуктивності
- •15.5. Особливості побудови широкодіапазонних кодокерованих мір індуктивності
- •15.6. Аналіз похибок кодокерованих мір індуктивності
- •16. Кодокеровані міри ємності
- •16.1. Однозначні та багатозначні з ручним керуванням міри ємності
- •16.2. Кодокеровані міри ємності
- •16.3. Помножувачі ємності
- •Для вхідного вузла схеми запишемо два рівняння Кірхгофа
- •16.4. Розширення діапазонів відтворення кодокерованих мір ємності
- •17. Модуль інтелектуального інтерфейсу перетворювачів
- •17.1. Основна мета впровадження стандарту ieee–p1451
- •17.2. Коротка історія виникнення інтелектуального інтерфейсу
- •17.3. Ключові технічні особливості
- •17.4. Модуль інтелектуального інтерфейсу
- •17.5. Сторінки електронних даних перетворювачів
- •17.6. Цифровий Інтерфейс
- •17.7. Функції дій “Plug and Play”
- •17.8. Шифрування фізичних одиниць в інтерфейсі іеее-1451.2
- •Шифрування фізичних одиниць в інтерфейсі іеее-1451.2
- •Канал седп
- •Перелік посилань
- •Навчальне видання
- •Автоматизовані засоби метрологічного забезпечення
3.3. Джерела опорної напруги на основі ширини забороненої зони напівпровідника
К рім параметричних стабілітронів, в ДОН можуть використовуватись інші напівпровідникові пристрої. Найчастіше використовується емітерний перехід планарного транзистора, який працює в проміжній області між польовим та лавинним пробоєм. Як правила використовується схема рис. 3.7 [39, 40]. Для ДОН рис. 3.7 величина паразитного опору бази зменшується в коефіцієнт
Рис. 3.7. ДОН на основі емітерного переходу транзистора
підсилення транзистора разів, напруга стабілізації Uст=6...9 В, а ТКН – порядку 0,01 %/К.
При побудові низьковольтних ДОН виникають додаткові проблеми через необхідність застосування високоомного подільника напруги, що відповідно суттєво збільшує вихідний опір та ТКН (додатково впливатиме температурний коефіцієнт опору резисторів).
Досконалішими є міри напруги на базі прямо зміщених p-n переходів транзисторів. У цьому випадку опорною напругою є фундаментальна стала напівпровідникового матеріалу, з якого виготовлений p-n перехід - ширина його забороненої зони, яка визначається енергією зв’язку електронів з атомами решітки і встановлює різницю енергій між зоною валентності (зоною нижчих енергетичних рівнів атомів) та зоною провідності (зоною вищих енергетичних рівнів, в якій обов’язково є вільні рівні) [40-44]. Для найрозповсюдженішого напівпровідникового матеріалу - кремнію - значення ширини забороненої зони при кімнатних температурах складає Ек=1,2050 В. Типова спрощена схема міри, побудованої на основі ширини забороненої зони напівпровідника, наведена на рис. 3.8 [41]. Вихідна напруга Uвих такої міри визначається сумою напруг база-емітер транзистора VT3 та спадком напруги на резисторі R2
, (3.10)де I2 – струм транзистора VT2.
Рис. 3.8. Структурна схема міри напруги на основі ширини забороненої зони напівпровідника
Незмінність вихідної напруги цієї міри при зміні напруги живлення пояснюється так. Зміна напруги живлення, наприклад її збільшення, приводить до збільшення струмів I1 та I транзисторів VT1 та VT3 і, враховуючи властивості транзисторів і схеми їх ввімкнення, до зменшення струму I2 транзистора VT2. Параметри елементів схеми вибрані таким чином, що при збільшенні напруги живлення збільшується напруга Uбе транзистора VT3, а це приводить до такого ж зменшення спадку напруги на резисторі R2, обумовленого зменшенням струму I2.
При зменшенні напруги живлення зменшується напруга Uбе на транзисторі VT3 і відповідно збільшується спадок напруги на резисторі R2. Така міра виготовляється як єдина інтегральна схема, в якій передбачені також додаткові елементи для покращення технічних і метрологічних характеристик.
Температурний коефіцієнт цієї міри є близьким до нуля, в той час як температурний коефіцієнт напруги Uбе є від`ємним і складає декілька мВ/0С. Це доволі велике значення, для прикладу, воно на два порядки більше від температурного коефіцієнту ЕРС стандартних термоелектричних перетворювачів і на порядок – від спадку напруги на терморезистивних перетворювачах. Встановлено, що практично нульового значення температурного коефіцієнта міри можна досягти тільки за умови рівності значення опорної напруги Uвих значенню ширини забороненої зони напівпровідника Ек. Дійсно, напруга база-емітер транзистора VT3 визначається рівнянням
(3.11)де Eк – значення ширини забороненої зони напівпровідника; k – стала Больцмана; q – заряд електрона; I – струм емітерного переходу; Iso – тепловий струм емітерного переходу при кімнатній температурі T0 (струм, що генерується в об’ємі самого транзистора); T – абсолютна температура p-n переходу.
Як видно з цього рівняння, напруга база-емітер залежить від температури (із температурним коефіцієнтом для кремнію –2 мВ/K). Можна визначити співвідношення між параметрами схеми рис. 3.8. при якому вихідна напруга Uвих не залежатиме від температури, а її значення визначиться напругою ширини забороненої зони напівпровідника. Дійсно:
(3.12)Значення струму I2 визначимо за другим законом Кірхгофа для контуру база-емітерні переходи транзисторів VT1 та VT2 і резистор R3
звідки (3.13)де I1, I2 – струми емітер них переходів відповідно транзисторів VT1 та VT2.
Підставивши значення струму I2 у формулу для вихідної напруги Uвих остаточно отримаємо
(3.14)Вихідна напруга міри Uвих буде термоcкомпенсованою, якщо виконуватиметься рівність нулю виразу у квадратних дужках: . Тоді її значення дорівнюватиме Uвих=Ек, а це можна досягнути, як вже відзначалось вище, вибором певних співвідношень між параметрами схеми рис. 3.8.
Вихідний динамічний опір цієї міри напруги доволі великий, практично визначається опором паралельно сполучених резисторів R1 та R2 і може сягати декількох кілоом. Тому практична схема міри напруги містить ряд додаткових елементів для зменшення його значення до декількох десятих ома.
Коефіцієнт стабілізації напруги визначається як
, (3.15)і при виконанні умови Rб>>Rвих,
Сучасна інтегральна технологія дає змогу серійно виготовляти такі міри напруги з температурним коефіцієнтом в межах ±(0,0001…0,005) %/К при значенні напруги Uвих=1,2 В±2 %.