热敏电阻范文1
关键词：热敏电阻传感器;原理;选用
前言：温度表示了物体冷热程度，温度的测量与控制，一直都是电气自动化控制的一项重要任务，在工业现场与家庭生活中都存在着许多温度控制的要求，而准确的温度控制又决定着某种控制任务是否成功。
一、热敏电阻的结构和原理
热敏电阻是由金属氧化物采用粉末冶金的工艺制成的一种合金体（用锰、镍、钴、铁、铜等粉料按一定配方压制成型后，经1000～1500℃高温烧结而成，通过改变合金的配比可以制成不同温度范围、阻值及温度系数的热敏电阻），其引出线一般采用银线。热敏电阻的阻值在室温（25℃）时可从几百欧变化到几兆欧，其可测量的温度范围为-200～+1000℃。利用这种电阻随温度变化呈显著变化的特性制成的一种敏感元件称为热敏电阻传感器。
（一）热敏电阻的特点。（1）电阻温度系数大，灵敏度高，可测量微小的温度变化（0.002～0.005℃）。（2）结构简单，体积小，直径可做到小于0.5mm，可以测量点温度。（3）电阻率高，热惯性小，响应速度快，响应时间可以短到毫秒级，适宜动态测量。（4）易于维护和进行远距离控制。（5）热敏电阻的缺点是互换性差，电阻―温度曲线为非线性。
（二）热敏电阻的分类。（1）电阻值随温度升高而升高的，称为正温度系数（PTC）热敏电阻;（2）电阻值随温度升高而降低的，称为负温度系数（NTC）热敏电阻;（3）具有正或者负温度系数特性，但在某一温度范围电阻值发生巨大变化的，称为突变型温度系数（CTR）热敏电阻。
二、热敏电阻传感器的基本参数
（一）测量温度范围。不同的合金和工艺形成的热敏电阻会有不同的测量范围，应用中根据测量要求恰当选择测量温度的范围。常温器件适用于-55～315℃，高温器件可以更高，最高可以达1000℃，低温器件适用于-273～55℃。其中，-55～315℃是热敏电阻最适合的工作温度范围。
（二）热敏电阻的标称电阻值。是指25℃零功率时的电阻值。即常温时，没有通电的情况下热敏电阻的阻值，其阻值变化范围可以从几欧到几十兆欧。在同一系列的热敏电阻中，其标称值的范围可以从几欧到10kΩ以上，可供在不同的控制任务中选择。
（三）额定功率。是指热敏电阻在常温、常压条件下，长期连续运行所允许的耗散功率。其中，用于过电流保护的正温度系数（PTC）热敏电阻通常可以有较大的功率，一般串联在被测电路中，根据不同的用途可以通过一定的电流值，其电流值可以达几百毫安以上，功率可以达几十瓦;用于测量温度的热敏电阻其工作电流值则一般限制在毫安值的量级，这主要为了不使它产生自发热现象，从而可保证在测量温度范围内具有线性的
V/A曲线。
三、热敏电阻的选用
（一）热敏电阻的用途。（1）温度的测量。这是热敏电阻主要的应用，通过热敏电阻感知环境温度或被测目标的温度变化，再经过测量电路的转换，变成反应温度变化的电压信号。一般选择微功耗热敏电阻，其后置电路也就必须为基本不取电流的运放型元件，比如电压比较器。防止电流过大造成的自身发热，从而影响测量结果。应用时将PTC与一大电阻串联接在电压比较器的正向输入端;用一个电位器的滑动端接在比较器的反向输入端，固定端分别接电源和地。低温时，PTC处于低阻抗状态电压较低，调节电位器使得比较器的反向输入端也处于低电平并低于正向输入端电位，则比较器输出为低电平。一旦温度超过一定值，就可以完成温度的控制。（2）电路的限流和保护。利用突变型正温度系数热敏电阻CTR，可以制作自恢复过电流保护器;PTC热敏电阻可以作为用电回路的过电流限制器;将
NTC热敏电阻串接在整流滤波电容器的前面，可以有效抑制上电时电容电流造成的冲击。
当电动机工作电流正常时，CTR处于低阻抗，其形成的压降不足以影响电动机的正常工作。运行中一旦发生了电动机的过电流故障，由于电流迅速增加，导致CTR的温度也迅速升高，当其温度升高至120℃附近时，其阻抗迅速增大，形成近乎断路的电路状况，则电动机停转。利用NTC或CTR的负温度特性，当电路接通时，由于热敏电阻温度就是环境温度，温度较低，阻抗较大或很大，电容器C的充电冲击电流得到有效抑制。经过一定时间的电流的作用，热敏电阻的温度开始升高，其电阻也明显下降，充电电流变大，直至电路达到稳定，热敏电阻维持在低阻抗状态下，电路可以正常工作。
（二）热敏电阻的选择。一般用于温度控制与显示的热敏电阻，应选择微功耗型，要尽量使流过热敏电阻的电流不造成明显的测量温升，从而造成温度测量误差。同时，选用时还应注意在有效的温度测量范围内有较好的线性度。
热敏电阻范文2
关键词：中性点非有效接地系统；电磁式电压互感器；铁磁谐振；热敏电阻；一次限流消谐器
1引言
在中性点非有效接地系统中，电磁式电压互感器（以下简称pt）铁磁谐振过电压是出现最频繁、造成事故最多的一种内部过电压。pt铁磁谐振过电压，往往会导致pt熔断器熔断，甚至导致pt烧损，pt柜、避雷器、电缆头爆炸，母线全停，对电网的安全运行构成了极大的威胁，并严重影响了供电的可靠性。虽然目前电网已采取了各种消谐措施，但依然未能遏制pt铁磁谐振过电压事故的上升势头。此外，某些情况下pt饱和时的励磁电流增长，不会造成pt一次熔断器立即熔断。经过一段时间的电流作用后，热量的累积最终会导致熔断器的熔断，但电弧往往不能熄灭。持续的燃弧会造成熔管炸裂，从而引发pt柜内母线短路事故。
2 pt铁磁谐振的机理及传统消谐技术分析
2.1 pt铁磁谐振的发生机理概述
在中性点非有效接地系统中，为了测量三相对地电压和监视对地绝缘，pt的中性点直接接地。如图1所示，网络参数除了电力设备和导线对地等效电容c0外，还有pt的励磁电感l。
图1中性点非有效接地系统的等效网络
正常运行时，pt的励磁阻抗很大，并与网络的对地等效电容并联。由于网络中的感抗大于容抗，所以网络对地阻抗仍呈容性。但当系统中出现某些扰动，使pt三相电感饱和程度不同时，pt的励磁电感将与网络的对地电容构成特殊的谐振回路，产生谐振过电压。根据网络参数的不同，pt谐振的类型包括：工频谐振、高频谐振和分频谐振三种类型，其中分频谐振会造成pt的严重饱和，因此危害性最大。
2.2 pt铁磁谐振的传统消谐技术
对于中性点非有效接地系统中的pt铁磁谐振，目前消谐的方法较多，归纳起来，主要可分为改变参数、增加阻尼两大类，但均存在缺点和不足。
2.2.1 改变参数
（1）改善pt的伏安特性，使之不容易发生磁饱和。在这种情况下，必须要有更大的激发才会引起谐振。为此，应当减小铁芯磁密，即增大铁芯的截面积。为了消除谐振，铁芯的截面积应当增大到4倍以上，这是不现实的。因此改善励磁特性只能降低谐振的概率。但是特性改善后，一旦产生谐振，过电压将会变得更高。
（2）对于减少同一网络中并联pt台数，因中性点非有效接地系统属于配电网络，直接对用户供电，所以实际难以做到。
热敏电阻范文3
关键词:热敏电阻,掺金γ-硅热敏电阻,Z-元件,力敏Z-元件,V/F转换器
一、前言
Z-半导体敏感元件﹙简称Z-元件﹚性能奇特,应用电路简单而且规范,使用组态灵活,应用开发潜力大。它包括Z-元件在内仅用两个﹙或3个﹚元器件,就可构成电路最简单的三端传感器,实现多种用途。特别是其中的三端数字传感器,已引起许多用户的关注。
Z-元件现有温、光、磁,以及正在开发中的力敏四个品种,都能以不同的电路组态,分别输出开关、模拟或脉冲频率信号,相应构成不同品种的三端传感器。其中,仅以温敏Z-元件为例,就可以组合出12种电路结构,输出12种波形,实现6种基本应用[3]。再考虑到其它光、磁或力敏Z-元件几个品种,其可供开发的扩展空间将十分可观。为了拓宽Z-元件的应用领域,很有从深度上和广度上进一步研究的价值。
本文在前述温、光、磁敏Z-元件的基础上,结合生产工艺和应用开发实践,在半导体工作机理上和电路应用组态上进行了深入的扩展研究,形成了一些新型的敏感元件。作为其中的部分实例,本文重点介绍了掺金g-硅新型热敏电阻、力敏Z-元件以及新型V/F转换器,供用户分析研究与应用开发参考。这些新型敏感元件都具有体积小、生产工艺简单、成本低、使用方便等特点。
二、掺金g-硅新型热敏电阻
1.概述
用g-硅单晶制造半导体器件是不多见的,特别是用原本制造Z-元件这样的高阻g-硅单晶来制造Z-元件以外的半导体器件,目前尚未见到报导。Z-元件的特殊性能,主要是由掺金高阻g-硅区﹙也就是n-i区﹚的特性所决定的,对掺金高阻g-硅的性能进行深入地研究希望引起半导体器件工作者的高度重视。
本部分从对掺金g-硅的特性深入研究入手,开发出一种新型的热敏元件,即掺金g-硅热敏电阻。介绍了该新型热敏电阻的工作原理、技术特性和应用特点。
2.掺金g-硅热敏电阻的工作机理
“掺金g-硅热敏电阻”简称掺金硅热敏电阻,它是在深入研究Z-元件微观工作机理的基础上,按新的结构和新的生产工艺设计制造的,在温度检测与控制领域提供了一种新型的温敏元件。
为了熟悉并正确使用这种新型温敏元件,必须首先了解它的工作机理。Z-元件是其N区被重掺杂补偿的改性PN结,即在高阻硅材料上形成的PN结,又经过重金属补偿,因而它具有特殊的半导体结构和特殊的伏安特性。图1为Z-元件的正向伏安特性曲线,图2为Z-元件的半导体结构示意图。
由图1可知,Z-元件具有一条“L”型伏安特性[1],该特性可分成三个工作区:M1高阻区,M2负阻区,M3低阻区。其中,高阻的M1区对温度具有较高的灵敏度,自然成为研制掺金g-硅热敏电阻的主要着眼点。
从图2可知,Z-元件的结构依次是:金属电极层—P+欧姆接触区—P型扩散区—P-N结结面—低掺杂高补偿N区,即n-.i区—n+欧姆接触区—金层电极层。可见Z-元件是一种改性PN结,它具有由p+-p-n-.i-n+构成的四层结构,其中核心部位是N型高阻硅区n-.i,特称为掺金g-硅区。掺金g-硅区的建立为掺金g-硅热敏电阻奠定了物理基础。
Z-元件在正偏下的导电机理是基于一种“管道击穿”和“管道雪崩击穿”的模型[2]。Z-元件是一种PN结,对图2所示的Z-元件结构可按P-N结经典理论加以分析,因而在p-n-.i两区中也应存在一个自建电场区。该电场区因在P区很薄,自建电场区主要体现在n-.i区,且几乎占据了全部n-.i型区,这样宽的电场区其场强是很弱的,使得Z-元件呈现了高阻特性。如果给Z-元件施加正向偏压,这时因正向偏压的电场方向同Z-元件内部自建电场方向是相反的,很小的正向偏压便抵消了自建电场。这时按经典的PN结理论分析,本应进入正向导通状态,但由于Z-元件又是一种改性的PN结,其n-.i型区是经重金属掺杂的高补偿区,由于载流子被重金属陷阱所束缚,其电阻值在兆欧量级,其正向电流很小,表现在“L”曲线是线性电阻区即“M1”区。这时,如果存在温度场,由于热激发的作用使重金属陷阱中释放的载流子不断增加,并参与导电,必然具有较高的温度灵敏度。在M1区尚末形成导电管道,如果施加的正向偏压过大,将产生“管道击穿”,甚至“管道雪崩击穿”,将破坏了掺金g-硅新型热敏电阻的热阻特性,这是该热敏电阻的特殊问题。
在这一理论模型的指导下,不难想到,如果将Z-元件的n-.i区单独制造出来,肯定是一个高灵敏度的热敏电阻(由于半导体伴生着光效应,当然也是一个光敏感电阻),由此可构造出掺金g-硅新型热敏电阻的基本结构,如图3所示。由于掺金g-硅新型热敏电阻不存在PN结,其中n-.i层就是掺金g-硅,它并不是Z-元件的n-.i区。测试结果表明,该结构的电特性就是一个热敏电阻。该热敏电阻具有NTC特性,它与现行NTC热敏电阻相比,具有较高的温度灵敏度。
3.掺金g-硅热敏电阻的生产工艺
掺金g-硅热敏电阻的生产工艺流程如图4工艺框图所示。可以看出,该生产工艺过程与Z-元件生产工艺的最大区别,就是不做P区扩散,所以它不是改性PN结,又与现行NTC热敏电阻的生产工艺完全不同,这种掺金g-硅新型热敏电阻使用的特殊材料和特殊工艺决定了它的性能与现行NTC热敏感电阻相比具有很大区别,其性能各有优缺点。
4.掺金g-硅热敏电阻与NTC热敏电阻的性能对比
从上述结构模型和工艺过程分析可知,掺金g-硅层是由金扩入而形成的高补偿的N型半导体,不存在PN结的结区。它的导电机理就是在外电场作用下未被重金属补偿的剩余的施主电子参与导电以及在外部热作用下使金陷阱中的电子又被激活而参与导电,而呈现的电阻特性。由于原材料是高阻g-硅,原本施主浓度就很低,又被陷阱捕获一些,剩余电子也就很少很少。参与导电的电子主要是陷阱中被热激活的电子占绝对份额。也就是说,掺金g-硅热敏电阻在一定的温度下的电阻值,是决定于工艺流程中金扩的浓度。研制实践中也证明了这一理论分析。不同的金扩浓度可以得到几千欧姆到几兆欧姆的电阻值。金扩散成为产品质量与性能控制的关健工序。
我们认为,由于掺金g-硅热敏电阻的导电机理与现行的NTC热敏电阻的导电机理完全不同,所以特性差别很大,也存在各自不同的优缺点。掺金g-硅热敏电阻的优点是:生产工艺简单,成本低,易于大批量生产,阻值范围宽(从几千欧姆到几兆欧姆),灵敏度高,特别是低于室温的低温区段比NTC热敏电阻要高近一个量级。其缺点是:一批产品中电阻值的一致性较差、线性度不如NTC,使用电压有阈值限制,超过阈值时会出现负阻。
掺金g-硅新型热敏电阻与NTC热敏电阻的电阻温度灵敏度特性对比如图5所示。
热敏电阻范文4
关键词：热敏电阻，掺金γ-硅热敏电阻，Z-元件，力敏Z-元件，V/F转换器
一、前言
Z-半导体敏感元件﹙简称Z-元件﹚性能奇特，应用电路简单而且规范，使用组态灵活，应用开发潜力大。它包括Z-元件在内仅用两个﹙或3个﹚元器件，就可构成电路最简单的三端传感器，实现多种用途。特别是其中的三端数字传感器，已引起许多用户的关注。
Z-元件现有温、光、磁，以及正在开发中的力敏四个品种，都能以不同的电路组态，分别输出开关、模拟或脉冲频率信号，相应构成不同品种的三端传感器。其中，仅以温敏Z-元件为例，就可以组合出12种电路结构，输出12种波形，实现6种基本应用[3]。再考虑到其它光、磁或力敏Z-元件几个品种，其可供开发的扩展空间将十分可观。为了拓宽Z-元件的应用领域，很有从深度上和广度上进一步研究的价值。
本文在前述温、光、磁敏Z-元件的基础上，结合生产工艺和应用开发实践，在半导体工作机理上和电路应用组态上进行了深入的扩展研究，形成了一些新型的敏感元件。作为其中的部分实例，本文重点介绍了掺金g-硅新型热敏电阻、力敏Z-元件以及新型V/F转换器，供用户分析研究与应用开发参考。这些新型敏感元件都具有体积小、生产工艺简单、成本低、使用方便等特点。
二、掺金g-硅新型热敏电阻
1．概述
用g-硅单晶制造半导体器件是不多见的，特别是用原本制造Z-元件这样的高阻g-硅单晶来制造Z-元件以外的半导体器件，目前尚未见到报导。Z-元件的特殊性能，主要是由掺金高阻g-硅区﹙也就是n-i区﹚的特性所决定的，对掺金高阻g-硅的性能进行深入地研究希望引起半导体器件工作者的高度重视。本部分从对掺金g-硅的特性深入研究入手，开发出一种新型的热敏元件，即掺金g-硅热敏电阻。介绍了该新型热敏电阻的工作原理、技术特性和应用特点。
2．掺金g-硅热敏电阻的工作机理
“掺金g-硅热敏电阻”简称掺金硅热敏电阻，它是在深入研究Z-元件微观工作机理的基础上，按新的结构和新的生产工艺设计制造的，在温度检测与控制领域提供了一种新型的温敏元件。
为了熟悉并正确使用这种新型温敏元件，必须首先了解它的工作机理。Z-元件是其N区被重掺杂补偿的改性PN结，即在高阻硅材料上形成的PN结，又经过重金属补偿，因而它具有特殊的半导体结构和特殊的伏安特性。图1为Z-元件的正向伏安特性曲线，图2为Z-元件的半导体结构示意图。
由图1可知，Z-元件具有一条“L”型伏安特性[1]，该特性可分成三个工作区：M1高阻区，M2负阻区，M3低阻区。其中，高阻的M1区对温度具有较高的灵敏度，自然成为研制掺金g-硅热敏电阻的主要着眼点。 从图2可知，Z-元件的结构依次是：金属电极层—P+欧姆接触区—P型扩散区—P-N结结面—低掺杂高补偿N区，即n-.i区—n+欧姆接触区—金层电极层。可见Z-元件是一种改性PN结，它具有由p+-p-n-.i-n+构成的四层结构，其中核心部位是N型高阻硅区n-.i，特称为掺金g-硅区。掺金g-硅区的建立为掺金g-硅热敏电阻奠定了物理基础。
Z-元件在正偏下的导电机理是基于一种“管道击穿”和“管道雪崩击穿”的模型[2]。Z-元件是一种PN结，对图2所示的Z-元件结构可按P-N结经典理论加以分析，因而在p-n-.i两区中也应存在一个自建电场区。该电场区因在P区很薄，自建电场区主要体现在n-.i区，且几乎占据了全部n-.i型区，这样宽的电场区其场强是很弱的，使得Z-元件呈现了高阻特性。如果给Z-元件施加正向偏压，这时因正向偏压的电场方向同Z-元件内部自建电场方向是相反的，很小的正向偏压便抵消了自建电场。这时按经典的PN结理论分析，本应进入正向导通状态，但由于Z-元件又是一种改性的PN结，其n-.i型区是经重金属掺杂的高补偿区，由于载流子被重金属陷阱所束缚，其电阻值在兆欧量级，其正向电流很小，表现在“L”曲线是线性电阻区即“M1”区。这时，如果存在温度场，由于热激发的作用使重金属陷阱中释放的载流子不断增加，并参与导电，必然具有较高的温度灵敏度。在M1区尚末形成导电管道，如果施加的正向偏压过大，将产生“管道击穿”，甚至“管道雪崩击穿”，将破坏了掺金g-硅新型热敏电阻的热阻特性，这是该热敏电阻的特殊问题。
在这一理论模型的指导下，不难想到，如果将Z-元件的n-.i区单独制造出来，肯定是一个高灵敏度的热敏电阻（由于半导体伴生着光效应，当然也是一个光敏感电阻），由此可构造出掺金g-硅新型热敏电阻的基本结构，如图3所示。由于掺金g-硅新型热敏电阻不存在PN结，其中n-.i层就是掺金g-硅，它并不是Z-元件的n-.i区。测试结果表明，该结构的电特性就是一个热敏电阻。该热敏电阻具有NTC特性，它与现行NTC热敏电阻相比，具有较高的温度灵敏度。
3．掺金g-硅热敏电阻的生产工艺
掺金g-硅热敏电阻的生产工艺流程如图4工艺框图所示。可以看出，该生产工艺过程与Z-元件生产工艺的最大区别，就是不做P区扩散，所以它不是改性PN结，又与现行NTC热敏电阻的生产工艺完全不同，这种掺金g-硅新型热敏电阻使用的特殊材料和特殊工艺决定了它的性能与现行NTC热敏感电阻相比具有很大区别，其性能各有优缺点。
4．掺金g-硅热敏电阻与NTC热敏电阻的性能对比
从上述结构模型和工艺过程分析可知，掺金g-硅层是由金扩入而形成的高补偿的N型半导体，不存在PN结的结区。它的导电机理就是在外电场作用下未被重金属补偿的剩余的施主电子参与导电以及在外部热作用下使金陷阱中的电子又被激活而参与导电，而呈现的电阻特性。由于原材料是高阻g-硅，原本施主浓度就很低，又被陷阱捕获一些，剩余电子也就很少很少。参与导电的电子主要是陷阱中被热激活的电子占绝对份额。也就是说，掺金g-硅热敏电阻在一定的温度下的电阻值，是决定于工艺流程中金扩的浓度。研制实践中也证明了这一理论分析。不同的金扩浓度可以得到几千欧姆到几兆欧姆的电阻值。金扩散成为产品质量与性能控制的关健工序。
我们认为，由于掺金g-硅热敏电阻的导电机理与现行的NTC热敏电阻的导电机理完全不同，所以特性差别很大，也存在各自不同的优缺点。掺金g-硅热敏电阻的优点是：生产工艺简单，成本低，易于大批量生产，阻值范围宽（从几千欧姆到几兆欧姆），灵敏度高，特别是低于室温的低温区段比NTC热敏电阻要高近一个量级。其缺点是：一批产品中电阻值的一致性较差、线性度不如NTC，使用电压有阈值限制，超过阈值时会出现负阻。
掺金g-硅新型热敏电阻与NTC热敏电阻的电阻温度灵敏度特性对比如图5所示。
在不同温度下，温度灵敏度的实测值对比如表1所示。 掺金g-硅热敏电阻是一种新型温敏元件。本文虽作了较详细的工作机理分析，但现在工艺尚未完全成熟，愿与用户合作，共同探讨，通过工艺改进与提高，使这一新型元件早日成熟，推向市场，为用户服务。
表1 不同温度下温度灵敏度实测值对比(kΩ/°C)
°C
0#
1#
2#
3#
4#
5#
6#
注
6.3
12.4
29.8
28.9
32.1
25.7
35.0
36.1
10.7
9.5
21.0
20.5
22.8
17.8
24.9
25.6
14.9
7.9
16.2
15.9
17.3
13.6
19.2
19.6
21.3
5.1
9.3
9.1
9.9
7.9
11.0
11.2
26.9
4.2
7.7
7.8
7.0
8.2
7.1
8.0
31.0
3.4
4.2
4.4
4.7
3.7
5.2
5.2
36.2
2.7
3.2
3.2
23.4
2.7
3.8
3.8
42.1
2.0
2.2
2.2
2.3
1.8
2.6
2.5
49.5
1.0
1.0
1.0
1.1
0.8
1.3
1.3
57.0
0.9
0.8
0.8
0.9
0.7
1.0
1.0
67.0
0.7
0.6
0.6
0.6
0.5
0.7
0.7
74.5
0.7
0.5
0.5
0.5
0.43
0.6
0.6
86.0
0.3
0.2
0.2
0.2
0.2
0.3
0.3
注：表1中0#样件为NTC热敏电阻，1#-6#样件为掺金g-硅热敏电阻。
三、力敏Z-元件
1．概述 “力”参数的检测与控制在国民经济中占有重要地位。力敏元件及其相应的力传感器可直接测力，通过力也可间接检测许多其它物理参数，如重量，压力、气压、差压、流量、位移、速度、加速度、角位移、角速度、角加速度、扭矩、振动等，在机械制造、机器人、工业控制、农业气象、医疗卫生、工程地质、机电一体化产品以及其它国民经济装备领域中，具有广泛的用途。
在力参数的检测与控制领域中，现行的各种力敏元件或力传感器，包括电阻应变片、扩散硅应变片、扩散硅力传感器等，严格说，应称为模拟力传感器。它只能输出模拟信号，输出幅值小，灵敏度低是它的严重不足。这三种力敏元件或力传感器，为了与数字计算机相适应，用户不得不采取附加的数字化方法（即加以放大和A/D转换）才能与数字计算机相连接，使用极其不便，也增加了系统的成本。 Z-元件能以极其简单的电路结构直接输出数字信号，非常适合研制新型数字传感器[1]，其中也包括力数字传感器。这种力数字传感器输出的数字信号（包括开关信号和脉冲频率信号），不需A/D转换，就可与计算机直接通讯，为传感器进一步智能化和网络化提供了方便。
我们在深入研究Z-元件工作机理的基础上，初步研制成功力敏Z-元件，但目前尚不成熟，欢迎试用与合作开发这一新器件，实现力检测与控制领域的技术创新。
2．力敏Z-元件的伏安特性
如前所述，力敏Z-元件也是一种其N区被重掺杂补偿的改性PN结。力敏Z-元件的半导体结构如图6(a)所示。按本企业标准电路符号如图6(b)所示，图中“+”号表示PN结P区，即在正偏使用时接电源正极。图6(c)为正向“L”型伏安特性，与其它Z-元件一样该特性也分成三个工作区：M1高阻区，M2负阻区，M3低阻区。描述这个特性有四个特征参数：Vth为阈值电压，Ith为阈值电流，Vf为导通电压， If为导通电流。
M1区动态电阻很大，M3区动态电阻很小（近于零），从M1区到M3区的转换时间很短（微秒级）， Z-元件具有两个稳定的工作状态：“高阻态”和“低阻态”，工作的初始状态可按需要设定。若静态工作点设定在M1区，Z-元件处于稳定的高阻状态，作为开关元件在电路中相当于“阻断”。若静态工作点设定在M3区，Z-元件将处于稳定的低阻状态，作为开关元件在电路中相当于“导通”。在正向伏安特性上P点是一个特别值得关注的点，特称为阀值点，其坐标为：P(Vth，Ith)。P点对外部力作用十分敏感，其灵敏度要比伏安特性上其它诸点要高许多。利用这一性质，可通过力作用，促成工作状态的一次性转换或周而复始地转换，就可分别输出开关信号或脉冲频率信号。
3．力敏Z-元件的电路结构
力敏Z-元件的应用电路十分简单，利用其“L”型伏安特性，在力载荷的作用下，很容易获得开关量输出或脉冲频率输出。力敏Z-元件的基本应用电路如图7所示。其中，图7(a)为开关量输出，图7( b)为脉冲频率输出。其输出波形分别如图8和图9所示。
在图7所示的应用电路中，电路的结构特征是：力敏Z-元件与负载电阻相串联，负载电阻RL用于限制工作电流，并取出输出信号。Z-元件应用开发的基本工作原理就在于通过半导体结构内部导电管道的力调变效应，使工作电流发生变化，从而改变Z-元件与负载电阻RL之间的压降分配，获得不同波形的输出信号。（1）力敏Z-元件的开关量输出
在图7(a)所示的电路中，通过E和RL设定工作点Q，如图6﹙c﹚所示。若工作点选择在M1区时，力敏Z-元件处于小电流的高阻工作状态，输出电压为低电平。由于力敏Z-元件的阈值电压Vth对力载荷F具有很高的灵敏度，当力载荷F增加时，阈值点P向左推移，使Vth减小，当力载荷F增加到某一阈值Fth时，力敏Z-元件上的电压VZ恰好满足状态转换条件[1]，即VZ=Vth，力敏Z-元件将从M1区跳变到M3区，处于大电流的低阻工作状态，输出电压为高电平。在RL上可得到从低电平到高电平的上跳变开关量输出，如图8(a)所示。如果在图7(a)所示电路中，把力敏Z-元件与负载电阻RL互换位置，则可得到由高电平到低电平的下跳变开关量输出，如图8(b)所示。无论是上跳变或下跳变开关量输出，VO的跳变幅值均可达到电源电压E的40~50%。
开关量输出的力敏Z-元件可用作力敏开关、力报警器或力控制器。
（2）力敏Z-元件的脉冲频率输出
由于力敏Z-元件的伏安特性随外部激励改变而改变，只要满足状态转换条件，就可实现力敏Z-元件工作状态的转换。如果满足状态转换条件，实现Z-元件工作状态的一次性转换，负载电阻RL上可输出开关信号；同理，如果满足状态转换条件，设法实现力敏Z-元件工作状态的周期性转换，则负载电阻RL上就可输出脉冲频率信号。
脉冲频率输出电路如图7(b)所示。在图7(b)电路中，力敏 Z-元件与电容器C并联。由于力敏Z-元件具有负阻效应，且有两个工作状态，当并联以电容后，通过RC充放电作用，构成RC振荡回路，因此在输出端可得到与力载荷成比例变化的脉冲频率信号输出。其输出波形如图9(a)所示。输出频率的大小与E、RL、C取值有关，也与力敏Z-元件的阈值电压Vth值有关。当E、RL、C参数确定后，输出频率仅与Vth有关，而Vth对力作用很敏感，可得到较高的力灵敏度。初步测试结果表明：电容器C选择范围在0.01~1.0mF，负载电阻在5~20kW，较为合适。 同理，若把力敏Z-元件（连同辅助电容器C）与负载电阻RL互换位置，其输出频率仍与力载荷成比例，波形虽为锯齿波，但与图9﹙a﹚完全不同，如图9(b)所示。
4．力敏Z-元件的机械结构与施力方式
热敏电阻范文5
关键词：z-元件、敏感元件、温度补偿、光敏、磁敏、力敏
一、前言
半导体敏感元件对温度都有一定的灵敏度。抑制温度漂移是半导体敏感元件的常见 问题 ，z-元件也不例外。本文在前述文章的基础上，详细介绍z-元件的温度补偿原理与温度补偿方法，供光、磁、力敏z-元件应用开发参考。
不同品种的z-元件均能以简单的电路，分别对温、光、磁、力等外部激励作用输出模拟、开关或脉冲频率信号[1][2][3]，其中后两种为数字信号，可构成三端数字传感器。这种三端数字传感器不需放大和a/d转换就可与 计算 机直接通讯，直接用于多种物理参数的监控、报警、检测和计量，在数字信息 时代 具有广泛的应用前景，这是z-元件的技术优势。但由于z-元件是半导体敏感元件，对环境温度 影响 必然也有一定的灵敏度，这将在有效输出中因产生温度漂移而严重影响检测精度。因而，在高精度检测计量中，除在生产工艺上、电路参数设计上应尽可能降低光、磁、力敏z-元件的温度灵敏度外，还必须 研究 z-元件所特有的温度补偿技术。
z-元件的工作原理本身很便于进行温度补偿，补偿方法也很多。同一品种的z-元件，因应用电路组态不同，其补偿原理与补偿方法也不同，特就模拟、开关和脉冲频率三种不同的输出组态分别叙述如下。
二、模拟量输出的温度补偿 对z-元件的模拟量输出，温度补偿的目的是克服温度变化的干扰，调整静态工作点，使输出电压稳定。
1．应用电路
z-元件的模拟量输出有正向(m1区)应用和反向应用两种方式，应用电路如图1所示，其中图1(a)为正向应用，图1(b)为反向应用，图2为温度补偿原理解析图。
2．温度补偿原理和补偿方法
在图2中，温度补偿时应以标准温度20℃为温度补偿的工作基准，其中令：
ts：标准温度
t：工作温度
qs：标准温度时的静态工作点 q：工作温度时的静态工作点
qs￠：温度补偿后的静态工作点
vos：标准温度时的输出电压
vo：工作温度时的输出电压
在标准温度ts时，由电源电压e、负载电阻rl决定的负载线与ts时的m1区伏安特性（或反向特性）相交，确定静态工作点qs，输出电压为vos。当环境温度从ts升高到t时，静态工作点qs沿负载线移动到q，相应使输出电压由vos增加到vo，且vo＝vos＋dvo，产生输出漂移dvo，。若采用补偿措施在环境温度t时使工作点由q移动到qs￠，使输出电压恢复为vo，则可抑制输出漂移，使dvo＝0，达到全补偿。
(1)利用ntc热敏电阻
基于温度补偿原理，在图1(a)、(b)中，利用ntc热敏电阻rt取代负载电阻rl，如图3(a)、(b)所示，温度补偿过程解析如图2所示。
在图3电路中，标准温度ts时负载电阻为rt，当温度升高到工作温度t时，使其阻值为rt￠，可使静态工作点由q推移到qs￠，由于rt.
(2)改变电源电压
基于温度补偿原理，补偿电路如图4(a)、(b)所示，图5为补偿过程解析图，其中负载电阻rl值不变，当温度由ts升到t时，产生输出漂移dvo，为使dvo=0，可使es相应增大到es￠，若电源电压的调整量为de，且de= es￠-es，要满足de=-kdvo的补偿条件，可达到全补偿。其中，k为比例系数，“负号”表示电压的改变方向应与输出漂移方向相反，比例系数k与负载线斜率有关，可通过 计算 或实验求取，且：
为了得到满足补偿条件的按温度调变的电源电压，实际补偿时可采用缓变型 ptc热敏电阻、ntc热敏电阻或温敏z-元件来改变电源电压e，达到补偿的目的：
①采用缓变型ptc热敏电阻
采用缓变型ptc热敏电阻的补偿电路如图6所示。
热敏电阻范文6
【关键词】MAX6682；热敏电阻；数字编码
Principle and Timing of the Integration Digital Converter MAX6682
Abstract：The MAX6682 is a digital converter with10 bit resolution，SPI compatible interface，accommodating any thermistor temperature range.It can directly output the temperature into the digital coding.This paper introduces its working principle and working timing sequence.
Key words：MAX6682；Thermistor；Digital coding
1.概述
MAX6682为MAXIM公司推出的一款只读集成数字转换器，能将外部热敏电阻对应于温度的阻值直接转换为数字输出，被广泛应用于需要温度数据采集的系统中。
2.工作原理
MAX6682典型连接电路如图1所示。MAX6682通过一个内部的10位ADC将外部电阻REXT两端的压降转换成数字输出。当使用具有负温度系数的热敏电阻时，通过测量电阻REXT两端的压降，便可直接得到与温度相对应的数字输出。
MAX6682不会对典型的负温度系数(NTC)热敏电阻的高度非线性传输函数进行线性化，但通过采用适当阻值的外部电阻可以使REXT两端的压降在有限的温度范围内提供线性输出数据。例如，在+10～+40℃温度范围内，只要选择适当的热敏电阻和外部电阻阻值，REXT两端的压降与温度的关系在0.2℃的误差范围内是近似线性的。MAX6682同样适合其他更宽的温度范围，但输出数据的误差将会更大。
MAX6682的数字输出量由10位数据加一个符号位组成。这个11位的数字输出与REXT两端的压降的关系由如下（式1）给出：
(式1)
其中，是相对于参考VR+的R两端的电压降。
当使用不同的REXT时，MAX668可用于测量不同温度范围，MAX668所使用的热敏电阻也不止上面所列出来的几种，只是使用别的类型时转移函数有些不同。
3.工作时序
MAX668读时序如图2。将端置低，从SCK端加入时钟脉冲读取SO口的数据。将置低能立即停止所有转换过程，通过将置高又可以开始新一轮的转换。
MAX668写时序如图3。将端置低，每一个时钟上升沿从SO端输出一位转换，一个完整的读过程需要11个时钟周期。10位数据D10-D0包含从MSB到LSB的转换温度。
在第11个时钟周期后，SO端保持高阻态，直到被置高后又被拉低。如图4为SO的输出
4.结束语
MAX6682可通过一个热敏电阻及外部电阻直接将温度值转换为与之相应的数字量输出，输出的数字信号能以SPI的兼容形式与计算机进行通信。这种基于热敏电阻的温度测量系统是一种简单、灵活、成本较低的温度监测方案。不足之处在于测量范围比较窄，如果外部电阻选择不好，线性较差。
参考文献
[1]MAX6682的datesheet.