自加热Vbe 晶体管恒温器无需校准
【导读】一种明显的替代方法是使用晶体管 Vbe tempco 进行温度自检测，由于其明显的简单性而很有吸引力，但在实践中，它的实用性受到不可预测的晶体管 Vbe 可变性的限制。在参考文献 1 中，的模拟大师 Jim Williams 解释了这个问题如何需要初始传感器晶体管校准（如果传感器需要更换，则需要重新校准）。
它包含三个想法。
1.将双极型功率晶体管复用在温度自测和自发热之间，从而实现自控温度。
2.关闭恒温器晶体管与需要温度控制的组件的热耦合。因此，当晶体管对自身进行恒温时，它也会对与其热结合的组件进行恒温。
3.利用Vbe感测获得晶体管 (Kelvin) 温度的准确且无需校准的测量值，从而促进准确的温度设定点 [1]。
一种明显的替代方法是使用晶体管 Vbe tempco 进行温度自检测，由于其明显的简单性而很有吸引力，但在实践中，它的实用性受到不可预测的晶体管 Vbe 可变性的限制。在参考文献 1 中，的模拟大师 Jim Williams 解释了这个问题如何需要初始传感器晶体管校准（如果传感器需要更换，则需要重新校准）。
但后来他用一个巧妙的解决方案挽救了局面。
Jim 写道，事实证明，虽然随机晶体管的恒定电流 Vbe 不可预测，但 BJT Vbe随可变电流的变化是非常可预测的。具体来说，它可靠地服从这个简单的对数方程……
VBE= 制表符 LOG10(I2/I1) / 5050
其中 Tabs =o开尔文的温度。因此，当用作温度计时……
Tabs =VBE5050 / LOG10(I2/I1)
请注意，那个容易记住的“50-50”常量！
在这个恒温器应用中I2/I1= 2，所以……
VBE= 选项卡 LOG10(2) / 5050 = 59.61 μV/oK
图 2显示了恒温器运行的两个 8.33 ms 周期。每个对应于 60 Hz 交流电源的半个周期（50 Hz 也可以），因此它们以 120 Hz 重复并包括四个步骤。
图 2具有两个 8.33 ms 恒温器运行周期的温度测量/控制周期，其中每个周期都包含四个步骤：自动归零、设定点比较、加热/冷却和 A1d 重置。
第 1 步：自动归零包括 Q1 的发射极电流 Iq1 从零上升到 ~50 mA 所需的~520 μs 时间间隔，由 R3 和比较器 A1c 检测到，相对于 5.00 V 参考 U2 和 R4 提供的精密 500 mV 阈值电压， R5、R6分压网络。在此步骤中，A1c 引脚 8 为低电平，配置开关U1a 和 U1b 以导致 A1a 自动归零。A1a 的自动归零很有用，因为与 A1 的（典型值 2 mV，值 4.5 mV）Vos 偏移电压相比，ΔVbe信号的振幅较低 (<60 μV/oK) 。如果不进行校正，这将意味着 33 oK 到 75oK的（未归零）温度测量误差。获取、保持并因此减去 C1 上 A1a 的 Vos 避免了这种无节制的命运。
自动归零在 Iq1 = 50 mA 时结束，迫使 Vr3 = 500 mV 驱动 A1c pin8 = 0 并开始设置点比较步骤。
第 2 步：设定点比较占用接下来的 520 μs，同时 Iq1 从 50 mA 翻倍至 100 mA，产生上述 I2/I1= 2，从而产生 59.61 μV/oK 温度测量 Vbe 增量。A1a 将其与设定点偏置电阻 R2 的编程温度设定点进行比较，以便……
Vr1 = 5.96 μA x R1
R1 = T（设定点）oK x 10 Ω
以下是所选设定点温度的一些示例 R1 值（接近的标准电阻值）……
比较步骤的结果（T > 或 < 设定值）被采样并保存在 C2 上。
步骤#2 在 Iq1 = 100 mA 和 Vr3 = 1 V 时结束，将 A1d 引脚 14 驱动为低电平并导致开关 U1c 传输 Vc2。因此，Vbe 增量设置点与双稳态 A1b 的比较结果。控制信号从那里进入加热启用/禁用晶体管 Q2 的基极。
步骤 #3：加热/冷却跨越交流半周期的大部分剩余时间，对应于步骤 #2 的 T<设定点（加热）或 T>设定点（冷却）结果以及 A1d 和 Q2 的结果状态。请注意，在图 2 中，左侧半周期显示 T < 设定点（加热）的结果，而右侧显示 T > 设定点（冷却）的结果。
第 4 步：A1d 重置使用交流过零通过连接 Q3 的二极管每 8.33 ms 重置 A1d 锁存器，为另一个恒温周期做准备。
我应该提一下关于尝试使 ΔVbe 温度测量通常与功率晶体管一起工作的一个警告买者类型的事情：大多数情况下它不会。
尽管大多数小信号晶体管天生就符合 Williams 描述的对数关系，但许多（也许是大多数）功率晶体管肯定不符合。幸运的是，Rohm 2SCR586J 是个例外，它准确地遵循了“5050”算法。
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