Интегральный термодатчик с улучшенными точностными характеристиками в расширенном диапазоне температур

• Автор: Шестимеров, Сергей Михайлович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 129 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Анализ технического состояния отечественных и зарубежных разработок в области интегральных датчиков температуры
1.1 Основные понятия и определения
1.2 Анализ технического состояния разработок датчиков температуры с использованием термопар
1.3 Анализ технического состояния разработок датчиков температуры с использованием терморезисторов
1.4 Анализ технического состояния разработок датчиков температуры с использованием в качестве чувствительных элементов диодных и транзисторных структур
Выводы и рекомендации
ГЛАВА 2. Разработка транзисторного интегрального датчика температуры
2.1 Выбор и обоснование структуры чувствительного элемента на основе р-п переходов
2.2 Разработка метода структурного повышения чувствительности первичного преобразователя датчика и изучение физической модели
2.3 Разработка структурной и принципиальной схемы интегрального датчика температуры, построение математической модели
2.4 Расчет элементов и параметров схемы датчика и его уравнения преобразования
температуры
2.5 Разработка метода теплоэлектрического повышения чувствительности датчика и изучение его электрофизической модели. Построение математической
модели
Выводы по второй главе и рекомендации

ГЛАВА 3. Исследование теплоэлектрических и метрологических характеристик макетного образца транзисторного интегрального датчика температурывЗ
3.1 Изготовление макетного образца датчика и изучение вольтамперных характеристик отдельных его элементов
3.2 Исследование зависимости выходного напряжения макетного образца датчика от температуры при напряжении питания 10 В
3.3 Исследование зависимости температурных характеристик макетных образцов датчика от напряжения питания
Выводы по третьей главе и рекомендации
ГЛАВА 4. Разработка и изготовление кремниевой монолитной интегральной схемы датчика температуры
4.1 Преобразование схемы макетного образца датчика в схему интегрального датчика
4.2 Разработка топологии интегральной схемы датчика и изготовление фотошаблонов
4.3 Конструктивно-технологические вопросы изготовления транзисторов интегрального датчика температуры
4.4 Экспериментальная проверка параметров и характеристик транзисторного интегрального датчика температуры и сравнение его с зарубежными аналогами
Выводы и рекомендации
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Современный этап развития электроники и вычислительной техники обусловил предпосылку для широкой автоматизации самых разнообразных процессов в промышленности, в научных исследованиях, в быту. Однако практическая реализация данной предпосылки в значительной степени определяется возможностями устройств, предназначенных для получения информации о регулируемом параметре или процессе. Такие устройства получили в технике названия датчиков [1, 5, 6, 7, 102]. Разумеется, применение датчиков не ограничивается только автоматизированными системами, поскольку они могут выполнять также функции элементов просто измерительных систем.
Понятием «датчик» в общем случае обозначают дешевый, но надежный приемник и преобразователь измеряемой величины, обладающий умеренной точностью и пригодный для серийного изготовления. Наиболее важным параметром, определяющим состояние самых различных процессов в технике и народном хозяйстве, является температура. В элементарных учебниках температура определяется, как «степень нагретости тела». При контакте двух тел (будь то газ, жидкость, твердое тело) теплота одного из них, более нагретого, переходит к другому до тех пор, пока значения средней кинетической энергии хаотического движения молекул не будут в объеме этих тел равны. Для количественного определения температуры необходимо использовать одну из принятых в технике измерений температурных шкал (Фаренгейта, Реомюра, Цельсия, Кельвина), т.е. выбрать начало отсчета и единицу температурного интервала (градус, Кельвин).
Широко выпускаемые промышленностью датчики температуры в зависимости от используемого чувствительного элемента подразделяются на термопарные датчики, приборы на основе применения терморезисторов и датчики с использованием диодных и транзисторных чувствительных элементов. По видам

пропускаются поочередно два различных по величине тока Іпрі и 1пр2 в прямом направлении по отношению к р-п переходу эмиттер-база, как показано на рис. 23, и при этом обеспечивается для данных токов высокий уровень инжекции, т.е. 1пр2 > Іпрі>>І0бр и ипрі»кТ/д, как показано на рис. 24.
Рис. 22. Транзистор Vв диодном включении в качестве чувствительного элемента.
Рис. 23. Диаграмма протекания токов 1пр1 и 1пр2 через диод эмиттер-база.
V мА
Рис. 24. Вольтамперная характеристика диода и значения напряжений, соответствующие прямым токам 1пр1 и 1пр2, протекающим через диод.