ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ

Область техники
Полезная модель относится к электронике, в частности к интегральным преобразователям температуры.
Уровень техники
Известно множество измерительных преобразователей температуры, где в качестве термочувствительного элемента используются полупроводниковые диоды или термисторы, например UAA3274 Фирмы Omega Eng. /Аш Ж. - Датчики измерительных систем. - М: Мир, 1992/ или преобразователь, предложенный в заявке Великобритании №2071946 (1981). При использовании таких преобразователей точность, диапазон измеряемой температуры и другие параметры зависят от температуры окружающей среды и от применяемой для измерения их сопротивления аппаратуры и не обеспечивает требуемых результатов.
Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является преобразователь температуры по патенту РФ №2097713 (1997), выполненный на транзисторах с изолированным затвором, содержащий полупроводниковый термочувствительный диодный датчик и схему преобразования термозависимого параметра, включающую конденсатор, три транзистора с изолированным затвором, два источника постоянного напряжения и два источника опорного напряжения.
Однако это устройство также не обеспечивает достаточной точности преобразования измеряемой температуры, поскольку скорость изменения напряжения на затворе второго транзистора зависит от температуры, носит переменный характер и довольно мала, особенно при низкой измеряемой температуре, а фронт выходного сигнала является пологим, что затрудняет процесс измерения временного интервала.
Сущность полезной модели
Заявляемое устройство позволяет решить задачу восстановления фронта выходного сигнала и повышения точности преобразования температуры.
Указанный результат достигается тем, что в преобразователь температуры, выполненный на транзисторах с изолированным затвором, содержащий полупроводниковый термочувствительный диодный датчик, конденсатор, два источника постоянного напряжения, первую входную и общую шины, два источника опорного напряжения, два Р-канальных транзистора и один N-канальный транзистор, в котором первые выводы диодного датчика и конденсатора объединены и подключены к первому источнику постоянного напряжения, вторые выводы диодного датчика и конденсатора объединены и подключены к истоку первого транзистора, сток первого транзистора подключен к первому источнику опорного напряжения, а затвор - к первой входной шине, затвор второго транзистора подключен к истоку первого транзистора, сток второго транзистора подключен к второму источнику постоянного напряжения, а его исток к стоку третьего транзистора, затвор третьего транзистора подключен к второму источнику опорного напряжения, а исток - к общей шине, дополнительно включены четвертый, пятый и шестой Р-канальные транзисторы, седьмой, восьмой и девятый N-канальные транзисторы, причем затвор четвертого транзистора подключен к истоку второго транзистора, сток четвертого транзистора подключен к третьему источнику постоянного напряжения, а исток - к стоку седьмого и восьмого транзисторов, к истоку пятого транзистора и к затворам шестого и девятого транзисторов, затвор седьмого транзистора подключен к второй входной шине, стоки пятого и шестого транзисторов подключены к первому источнику постоянного напряжения, затворы пятого и восьмого транзисторов подключены к истоку шестого транзистора, к стоку девятого транзистора и к выходной шине, истоки седьмого, восьмого и девятого транзисторов подключены к общей шине.
Описание чертежей
На чертеже представлена принципиальная схема заявляемого преобразователя температуры.
Осуществление полезной модели
Согласно чертежу, заявляемое устройство включает первую 1 и вторую 2 входные шины, первый 3, второй 4 и третий 5 источники постоянного напряжения, первый 6 и второй 7 источники опорного напряжения, первый 8, второй 9, третий 10, четвертый 11 и пятый 12 Р-канальные транзисторы с изолированным затвором, термочувствительный диодный датчик 13, конденсатор 14, первый 15, второй 16, третий 17, четвертый 18 N-канальные транзисторы с изолированным затвором, общую шину 19 и выходную шину 20.
Заявленный преобразователь температуры работает следующим образом.
В исходном состоянии источник 3 формирует напряжение, обеспечивающее электрическое смещение диода 13 в обратном направлении. На входы 1, 2 подано напряжение, обеспечивающее открытое состояние транзисторов 8 и 15. На истоке транзистора 8 напряжение равно напряжению опорного источника 6. Электрическая цепь на транзисторах 9, 15 представляет собой пороговый элемент. Конденсатор 14 заряжен до разности напряжений источников 6 и 3. Транзистор 9 находится в открытом состоянии, обеспечивая высокое напряжение на затворе закрытого транзистора 10. Опорное напряжение 7 поддерживает открытое состояние транзистора 15. Электрическая цепь на транзисторах 11, 12, 17, 18 представляет собой асинхронный триггер, управляемый транзисторами 10 и 16. На выходной шине 20 логическая единица. Затем на входную шину 1 подается сигнал, закрывающий транзистор 8, а на входную шину 2 подается сигнал, закрывающий транзистор 16. С этого момента напряжение на конденсаторе 9 начинает уменьшаться за счет обратного тока р-п перехода диода 13. Напряжение на затворе транзистора 10 уменьшается до значения порогового напряжения, что приводит к изменению состояния транзистора 10 в открытое и к соответствующему изменению логического сигнала на затворах транзисторов 12 и 18. Асинхронный триггер перебрасывается в противоположное состояние, обеспечивая изменение состояния выхода 20 с крутым фронтом. Временной интервал между изменением уровня сигнала на входе 1 и изменением уровня сигнала на выходе 20 определяется значением термозависимого обратного тока р-п перехода диода 13 и значением порогового напряжения цепи из транзисторов 9 и 15.
Таким образом, заявляемое устройство преобразует температуру во временной интервал между входным и выходным сигналами, восстанавливая фронт выходного сигнала и обеспечивая высокую точность преобразования измеряемой температуры.
Опытные образцы предлагаемого устройства были изготовлены в виде микросхемы с кристаллами, выполненными по КМОП технологии, и показали хорошие результаты.
Благодаря своей высокой точности и простоте реализации в виде интегральной схемы предлагаемый преобразователь температуры целесообразно применять в бытовых и медицинских термометрах, а также в многоканальных системах.