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LTZ1000的温度系数补偿原理

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发表于 2020-9-12 21:39:29 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 thy888 于 2020-9-13 09:49 编辑

LTZ1000的厂家公开的温度系数指标是0.05ppm/℃,这个指标在近年出品的LTZ中极少有达到的,我们谓之原生态.从我自己使用的LTZ看,原生态电压在7.00-7.06V附近的,温度系数基本落在厂家给的指标范围内.电压高于7.06V的原生态温度系数大多都不合格.从使用的统计来看, LTZ1000CH多为负温度系数,LTZ1000ACH多为正温度系数.负温度系数的补偿比较容易实现,官方的资料中有介绍,就是利用内部加热电阻上的压降,通过一个数百千欧姆的电阻R,给120欧姆的齐纳电流采样电阻注入一个合适的电流,具体多大,通过调整R的值,实测确定.这个补偿方案,线性度好,补偿范围宽,几乎无器件成本,但仅对负温度系数的LTZ有效.
近年来,我们买过几批LTZ,实测表明LTZ1000ACH几乎均为正温度系数,后缀CH的均为负温度系数,这也是为啥多数爱好者喜欢采用负温度系数的CH原因,成本低,易于补偿温度系数.对于正温度系数的补偿我们多学习DATRON的经典电路,这个电路的效果也不错,可以补偿高达0.3ppm/℃的正温度系数而不会对补偿元件有过高的精度老化指标要求。缺点是要一个20欧姆的特好电阻R9串联在齐纳的上侧,导致7V系统成本高出一大截。如果R9选用20欧姆,那么补偿调节的电阻R13值可以按40/Tc估算,Tc为不补偿时的温度系数,单位uV/℃,算出来的结果单位是K欧姆。这个电路除了增加了成本外,对齐纳偏流采样电阻R10的精度老化要求也同时提高了。

file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image002.jpg
如果不采用20欧姆的高成本电阻,我们尝试了用负温度热敏电阻做补偿,对正负温度系数的LTZ1000均可以实现补偿,原理图如下:
file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image004.jpg
就是图中的绿色框中部分,R0和R16均取值10K低温漂金属膜电阻,R16A为负温度系数热敏电阻10k(25℃),B值3500-4200,大些好,灵敏一些。当R7A接入A点时,对负温度系数的LTZ实现补偿,接入B点时,可以实现对正温度系数的LTZ补偿。
对于负温度系数的情况,温度降低,7VREF电压升高。这时补偿电阻R7接入A点,当温度降低时,A点电压会升高,通过R7注入R10(120欧姆)齐纳采样电阻的电流增加,运放4脚电位抬高,运放的输出电流会下降,7VREF输出下降,这样就实现了补偿,与上升变化趋势予以抵消。
对于正温度系数的情况,温度降低,7VREF电压值也降低。这时R7接入B点,当温度降低时,B点电压会降低,注入R10的电流减小,运放4脚电压下降,运放输出电流上升,7VREF上升,抵消了温度下降带来的变低趋势。
由于大部分热敏电阻的B值都在3500附近,按图上的元件选型,每变化1℃,变化的电压理想情况是30-35mV.补偿电阻的R7=120/Tc,计算值单位为K,Tc为补偿前的温度系数,单位为uV/℃。
如果温度系数是1.5 uV/℃,那么R7才80K,这个电阻与120欧姆比较而言,显得不是足够大,需要比较好的电阻,如PTF56等类型,避免其老化对输出的影响权重增加。一般而言,R7/R10这个比值要求大于1000倍以上,才能弱化对R7的精度老化要求。为了达到这个要求,绿框中的电路去掉一个10K固定值电阻,牺牲一点线性度,这时热敏电阻的灵敏度上升一倍,R7的取值也会大一倍,基本满足1000倍的要求,可以补偿1.8 uV/℃内的温度系数,绝大部分LTZ的温度系数都在这个范围内。当然也可以用运放放大10倍或者20倍温度变化的变化电压值,电路就复杂化了.
以上的估算公式均是针对10V系统而言的,热敏电阻补偿负温度系数的LTZ,我实验了一片,补偿效果还可以,手中没有正温度系数的LTZ,没有实验补偿效果.有正温度系数LTZ的朋友,尝试一下验证.
针对仅仅是正温度系数的LTZ1000,还有一种易于操作的补偿办法,补偿的原理如下:
file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image002.jpg
这种补偿方法是,厂家推荐电路的变种,同样也是用内部加热电阻随温度的变化而变化的这个电压值,通过R7A向R10注入电流。厂家推荐电路加热电阻是下接方式,这个电路是上接,补偿的温度系数就刚好相反,加热电阻的供电VH必须用稳压供电,这个电流最大值也就30-40mA左右,一个SOT23封装的三端稳压IC即可满足要求。如果热阻为400℃/W,加热电阻按250欧姆,恒温点在40-42°,R7A的值可以按1000/Tc估算,单位值为K欧姆,TC为补偿前的温度系数,单位为uV/℃。
datron tc1.jpg

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 楼主| 发表于 2020-9-12 21:44:37 | 显示全部楼层

LTZ1000的温度系数补偿原理

本帖最后由 thy888 于 2020-9-13 08:45 编辑

LTZ1000的厂家公开的温度系数指标是0.05ppm/℃,这个指标在近年出品的LTZ中极少有达到的,我们谓之原生态.从我自己使用的LTZ看,原生态电压在7.00-7.06V附近的,温度系数基本落在厂家给的指标范围内.电压高于7.06V的原生态温度系数大多都不合格.从使用的统计来看, LTZ1000CH多为负温度系数,LTZ1000ACH多为正温度系数.负温度系数的补偿比较容易实现,官方的资料中有介绍,就是利用内部加热电阻上的压降,通过一个数百千欧姆的电阻R,给120欧姆的齐纳电流采样电阻注入一个合适的电流,具体多大,通过调整R的值,实测确定.这个补偿方案,线性度好,补偿范围宽,几乎无器件成本,但仅对负温度系数的LTZ有效.
近年来,我们买过几批LTZ,实测表明LTZ1000ACH几乎均为正温度系数,后缀CH的均为负温度系数,这也是为啥多数爱好者喜欢采用负温度系数的CH原因,成本低,易于补偿温度系数.对于正温度系数的补偿我们多学习DATRON的经典电路,这个电路的效果也不错,可以补偿高达0.3ppm/℃的正温度系数而不会对补偿元件有过高的精度老化指标要求。缺点是要一个20欧姆的特好电阻R9串联在齐纳的上侧,导致7V系统成本高出一大截。如果R9选用20欧姆,那么补偿调节的电阻R13值可以按40/Tc估算,Tc为不补偿时的温度系数,单位uV/℃,算出来的结果单位是K欧姆。这个电路除了增加了成本外,对齐纳偏流采样电阻R10的精度老化要求也同时提高了。

file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image002.jpg
如果不采用20欧姆的高成本电阻,我们尝试了用负温度热敏电阻做补偿,对正负温度系数的LTZ1000均可以实现补偿,原理图如下:
file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image004.jpg
就是图中的绿色框中部分,R0和R16均取值10K低温漂金属膜电阻,R16A为负温度系数热敏电阻10k(25℃),B值3500-4200,大些好,灵敏一些。当R7A接入A点时,对负温度系数的LTZ实现补偿,接入B点时,可以实现对正温度系数的LTZ补偿。
对于负温度系数的情况,温度降低,7VREF电压升高。这时补偿电阻R7接入A点,当温度降低时,A点电压会升高,通过R7注入R10(120欧姆)齐纳采样电阻的电流增加,运放4脚电位抬高,运放的输出电流会下降,7VREF输出下降,这样就实现了补偿,与上升变化趋势予以抵消。
对于正温度系数的情况,温度降低,7VREF电压值也降低。这时R7接入B点,当温度降低时,B点电压会降低,注入R10的电流减小,运放4脚电压下降,运放输出电流上升,7VREF上升,抵消了温度下降带来的变低趋势。
由于大部分热敏电阻的B值都在3500附近,按图上的元件选型,每变化1℃,变化的电压理想情况是30-35mV.补偿电阻的R7=120/Tc,计算值单位为K,Tc为补偿前的温度系数,单位为uV/℃。
如果温度系数是1.5 uV/℃,那么R7才80K,这个电阻与120欧姆比较而言,显得不是足够大,需要比较好的电阻,如PTF56等类型,避免其老化对输出的影响权重增加。一般而言,R7/R10这个比值要求大于1000倍以上,才能弱化对R7的精度老化要求。为了达到这个要求,绿框中的电路去掉一个10K固定值电阻,牺牲一点线性度,这时热敏电阻的灵敏度上升一倍,R7的取值也会大一倍,基本满足1000倍的要求,可以补偿1.8 uV/℃内的温度系数,绝大部分LTZ的温度系数都在这个范围内。当然也可以用运放放大10倍或者20倍温度变化的变化电压值,电路就复杂化了.
以上的估算公式均是针对10V系统而言的,热敏电阻补偿负温度系数的LTZ,我实验了一片,补偿效果还可以,手中没有正温度系数的LTZ,没有实验补偿效果.有正温度系数LTZ的朋友,尝试一下验证.

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 楼主| 发表于 2020-9-12 21:45:31 | 显示全部楼层
本帖最后由 thy888 于 2020-9-13 08:53 编辑

图上不来了,奇怪
7V TC.jpg datron tc.jpg
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发表于 2020-9-12 22:00:24 | 显示全部楼层
拜读了,遗憾的是图看不见。
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发表于 2020-9-12 22:22:55 | 显示全部楼层
进来学习,分享赞!
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发表于 2020-9-12 22:23:28 | 显示全部楼层
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发表于 2020-9-13 10:51:14 | 显示全部楼层
感谢老师分享 学习中!
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发表于 2020-9-13 10:53:12 | 显示全部楼层
学习学习
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发表于 2020-9-13 16:00:58 | 显示全部楼层
谢谢老师,学习了
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发表于 2020-9-14 11:13:15 38hot手机频道 | 显示全部楼层
谢谢唐老师的宝贵经验
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