[发明专利]温敏二极管及其互换组件的分度方法

说明书

本发明提供了一种半导体温度敏感器件的分度方法，特别是一种半导体温敏二极管及其互换组件的分度方法。

众所周知，半导体温敏二极管问世已有二十多年的历史，与传统温度敏感元件比较，它具有灵敏度高、线性好、单向导电、动态电阻小、廉价等优点，因此受到广大使用者的普遍欢迎，但是，由于多年来一直没有分度方法，所以未能实现分度。目前，生产厂家在产品说明中只给出了某一温度及电流下的正向电压和平均灵敏度两个参数。然而正向电压及灵敏度均是电流的函数，在实际工作中，温敏二极管常常是在不同的恒定电流或变化的电流下工作的，所以上述产品说明给出的参数不能满足实际使用的需要，产品的互换性也无保证。这样就阻碍了温敏二极管的推广应用，使它至今未能实现工业化大生产。

本发明的目的是提供一种温敏二极管及其互换组件的分度方法。

本发明的方法及步骤如下：

首先确定分度的温度间隔和分度电流值。为了满足大多数使用场合的需要和分度的方便，分度温度间隔的最佳取值为1℃。分度电流的确定是这样的：先确定分度电流的下限Ifmin和上限Ifmax。Ifmin的取值范围是10-500微安。这是考虑噪声和经济问题确定的。Ifmax的取值是50-5000微安。这是由电流热效应及信号传输误差决定的。

对于Ifmin和Ifmax之间的分度电流由下式给出：

I_f(1+1)=C(Tmax- △T)^fIfi^{T m a x/(T m a x+ △T)}

/(CT^r_{m a x})^{T m a x/(Tm a x + △T)}（1）

式中C、r为温敏二极管的特性参数，它们可根据正向电压公式由三个温度下的正向电压值算出;Tmax为温敏二极管量程的上限温度;

△T为分度温度间隔;i为序号，取自然数1、2、3、…;Ifi、If_（i+1）为分度电流。

将Ifmin作为第1个分度电流代入（1）式，即可相继算出Ifmin后面的分度电流值，最后一个分度电流值取Ifmax或取由（1）式确定的Ifmax附近的电流值。

在（1）式中，当△T一定时，If_（i+1）与Ifi之差即分度电流间隔随着i的增大而增加。

由于（1）式是根据温敏二极管的正向电压-温度及电流特性在温敏二极管量程上限温度下确定分度电流的，所以，其确定出的分度电流不仅能保证全量程的分度精度，而且分度电流的个数最少。

然后根据分度温度及分度电流值计算出不同分度电流下的温度与正向电压或温度与正向电压、灵敏度及灵敏度变化率的对应值，并给出分度表。

正向电压、灵敏度及灵敏度变化率计算公式如下：

正向电压公式：

Vft = nVgo - (nkT/q)ln (CT^r/Ifi)（2）

式中Vgo 是温敏二极管的禁带宽度电压，它可根据前面得到的C、r值及某一分度电流下的正向电压值由（2）式算出;n为组成温敏二极管的PN结或晶体管个数;q为电子电量;k为波尔兹曼常数;T为开氏温度。

灵敏度公式：

S = 〔(Vft -nVgo)/T〕 -nkr/q （3）

灵敏度变化率公式：

ds/dT=(nVgo-Vft+ST)/T²（4）

分度表有简单分度表和详细分度表两种供使用。简单分度表如表1所示，它给出了不同分度电流下的温度与正向电压的对应值。简单分度表内容及格式简单，使用、印刷方便，可供一般的测温使用。详细分度表给出的是不同分度电流下的温度与正向电压、灵敏度及灵敏度变化率的对应值。与简单分度表比较，它不仅给出了正向电压分度值，而且给出了灵敏度及灵敏度变化率分度值，因此，详细分度表可供精密测温使用。详细分度表如表2所示。

（1）-（4）式是开氏温度（T）下的分度公式，当需要其它温度[如摄氏温度（t）、华氏温度（F）及列氏温度（R）]下的分度公式时，只要将式中的开氏温度（T）换算成相应的温度即可。