ТЕРМОСТАТ ДЛЯ МИКРОСХЕМЫ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Термостат для микросхемы относится к области регулирования температуры и может быть использован преимущественно в миниатюрных термостатированных устройствах, работающих в широком диапазоне температур окружающей среды, например, для стабилизации температуры кристалла прецизионной измерительной микросхемы, для стабилизации температуры кристалла микросхемы высокоточного генератора или для стабилизации температуры кристалла микросхемы высокоточного источника опорного напряжения и т.д.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известно термостатирующее устройство (заявка РФ №20071054 85/28 от 13.02.2007, дата публикации заявки 20.08.2008, Бюл. №23, МПК G05D 23/00), содержащее нагреватель, датчик температуры, компаратор, источник опорного напряжения, связанный с одним входом компаратора, а датчик температуры с другим входом компаратора, выход компаратора связан с базой регулирующего транзистора, причем нагреватель и датчик температуры связаны с термостатируемым устройством.
Его недостатками являются относительно большие габариты, большая тепловая инерция, большая потребляемая мощность, длительное время установления температуры при включении, низкая точность поддержания температуры, что обусловлено раздельными нагревателем и датчиком температуры, расположенными на термостатируемом устройстве в разных местах снаружи термостатируемой микросхемы.
Наиболее близким по техническому решению, принятому за прототип, является микротермостат с позисторным нагревателем (заявка РФ №99109421/09 от 29.04.1999, дата публикации заявки 10.02.2001, МПК G05D 23/00), содержащий, нагреватель, дополнительно выполняющий функцию датчика температуры, связанный с термостатируемым устройством; регулирующий транзистор, коллектор которого соединен с одним полюсом источника питания; источник опорного напряжения, выход которого соединен с одним входом компаратора; выход компаратора соединен с базой регулирующего транзистора, а другой вход компаратора соединен с нагревателем, дополнительно выполняющим функцию датчика температуры.
Недостатками прототипа являются: относительно большие габариты, большая тепловая инерция, длительное время установления температуры при включении, большая мощность потребления, низкая точность поддержания температуры, что обусловлено размещением нагревателя, дополнительно выполняющего функцию датчика температуры, в качестве которого используется позистор, снаружи термостатируемой микросхемы.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Задачей полезной модели является повышение точности поддержания постоянной температуры кристалла интегральной микросхемы за счет обеспечения возможности изготовления термостата в составе кристалла термостатируемой интегральной микросхемы.
Для решения данной задачи предложен термостат для микросхемы, содержащий нагреватель, датчик температуры, регулирующий биполярный транзистор, коллектор которого подключен к одному полюсу источника питания, компаратор, один из входов которого связан с источником опорного напряжения, при этом нагреватель и датчик температуры связаны с термостатируемым устройством. Эмиттер регулирующего биполярного транзистора подключен к другому полюсу источника питания, между базой и эмиттером регулирующего биполярного транзистора включены параллельно управляющий генератор постоянного тока и измерительный генератор фиксированного постоянного тока, другой вход компаратора соединен с базой регулирующего биполярного транзистора, выход компаратора связан с информационным входом D-триггера, а выход D-триггера связан с первым входом логической схемы ИЛИ, выход которой связан с входом управления управляющего генератора постоянного тока, второй вход логической схемы ИЛИ связан с входом синхронизации D-триггера, с выходом генератора стробирующих импульсов и с входом управления измерительного генератора постоянного тока. При этом регулирующий биполярный транзистор выполняет дополнительно функции нагревателя и датчика температуры и связан с термостатируемым устройством.
Предлагаемая полезная модель позволяет получить следующий технический результат: уменьшить габариты, уменьшить тепловую инерцию, сократить время установления температуры, уменьшить мощность потребления, повысить точность поддержания постоянной температуры кристалла интегральной микросхемы за счет обеспечения возможности изготовления регулирующего биполярного транзистора, выполняющего дополнительно функции нагревателя и датчика температуры в составе кристалла термостатируемой интегральной микросхемы, температуру которой требуется поддерживать постоянной.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖА
Фиг. поясняет сущность полезной модели. Термостат для микросхемы, состоит из регулирующего биполярного транзистора 1 (в качестве датчика температуры используется его p-n переход база-эмиттер, а в качестве нагревателя используется его переход коллектор-эмиттер), расположенного в одном кристалле с термостатируемым устройством в составе микросхемы, коллектор которого подключен к одному полюсу источника питания 2, компаратора 5, один вход которого связан с источником опорного напряжения 6, а другой вход компаратора связан с базой регулирующего биполярного транзистора 1. Между базой и эмиттером регулирующего биполярного транзистора 1 включены параллельно управляющий генератор постоянного тока 3 и измерительный генератор фиксированного постоянного тока 4, выход компаратора 5 связан с информационным входом D-триггера 7, а выход D-триггера 7 связан с первым входом логической схемы ИЛИ 8, выход которой связан с входом управления управляющего генератора постоянного тока 3, второй вход логической схемы ИЛИ 8 связан с входом синхронизации D-триггера 7, с выходом генератора стробирующих импульсов 9 и с входом управления измерительного генератора постоянного тока 4, а эмиттер регулирующего биполярного транзистора 1 подключен к другому полюсу источника питания 2. При этом за счет уменьшения габаритов и массы датчика температуры и нагревателя, совмещения их в едином элементе с регулирующим биполярным транзистором 1, расположенном в кристалле термостатируемой интегральной микросхемы, достигается уменьшение габаритов, массы, тепловой инерции, потребляемой мощности, повышение точности поддержания постоянной температуры, а также уменьшение времени установления температуры термостатируемой микросхемы.
На фиг. обозначены:
1 - регулирующий биполярный транзистор.
2 - источник питания.
3 - управляющий генератор постоянного тока.
4 - измерительный генератор фиксированного постоянного тока.
5 - компаратор.
6 - источник опорного напряжения.
7 - D-триггер.
8 - логическая схема ИЛИ.
9 - генератор стробирующих импульсов.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Термостат для микросхемы (см. фиг.) работает следующим образом. Ток от управляющего генератора постоянного тока 3 течет в базу регулирующего биполярного транзистора 1, регулирующий биполярный транзистор 1 пропускает ток от источника питания 2 по цепи коллектор-эмиттер. На регулирующем биполярном транзисторе 1 выделяется мощность равная произведению тока, потребляемого от источника питания 2, на напряжение источника питания 2. Температура регулирующего биполярного транзистора 1 возрастает, падение напряжения на переходе база-эмиттер уменьшается (свойство p-n перехода). Генератор стробирующих импульсов 9 периодически отключает через один из входов логической схемы ИЛИ 8 управляющий генератор постоянного тока 3, питающий базу регулирующего биполярного транзистора 1, и включает измерительный генератор фиксированного постоянного тока 4, который задает фиксированный ток в базу регулирующего биполярного транзистора 1, и через вход синхронизации D-триггера 7 генератор стробирующих импульсов 9 записывает задним фронтом своего импульса на выходе D-триггера 7 логический сигнал с выхода компаратора 5, который определяется соотношением величин напряжений источника опорного напряжения 6 и падения напряжения база-эмиттер регулирующего биполярного транзистора при протекании фиксированного тока базы от измерительного генератора постоянного тока 4. Падение напряжения на переходе база-эмиттер регулирующего биполярного транзистора 1 изменяется на 2 мВ на град.С при определенном токе («Полупроводниковая схемотехника» У.Титце, К.Шенк Москва «Мир» 1982 стр.35). Логический сигнал с выхода D триггера 7 через другой вход логической схемы ИЛИ 8, выход которой связан входом управления управляющего генератора постоянного тока 3, выключает ток управляющего генератора постоянного тока 3. Ток по цепи коллектор - эмиттер регулирующего биполярного транзистора 1 прерывается и его температура уменьшается. При уменьшении температуры возрастает напряжение на переходе база-эмиттер регулирующего биполярного транзистора 1. Генератор стробирующих импульсов 9 продолжает свою работу и после изменения состояния выхода компаратора 5 происходит включение управляющего генератора постоянного тока 3 и регулирующий биполярный транзистор 1 вновь пропускает ток от источника питания 2 и температура регулирующего биполярного транзистора 1 увеличивается и все повторяется.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет повысить точность поддержания постоянной температуры, уменьшить габариты, тепловую инерцию и потребляемую мощность, сократить время установления температуры и обеспечить возможность изготовления термостата в составе кристалла термостатируемой интегральной микросхемы, температуру которой требуется поддерживать постоянной.