关于LTZ1000电压基准的一些体会

youngliu

你不觉得你对LTZ1000不恒温时的温度系数以及其恒温能力估计有误？
LTZ1000不恒温时的温度系数有那么小吗？（+0.04mV/K，约+6ppm/K）
我们研究的结果是这个数的10倍，恒温能力至少要达到0.001K/K，才能达到0.05ppm/K。

xuxbao

LTZ1000里面的两个三极管结构是干什么用的呀?哪位大人能说下么?

mercyau

HGMETER 发表于 2013-7-22 19:09
楼上youngliu 朋友，顺便请教。 我一直没搞明白官方典型电路中画*号的400K电阻的作用。它是加热端反馈，理 ...

400K 是针对LTZ1000CH而不是LTZ1000ACH，
坛内有人说差异不大。我也没能力作对比。

Datasheet 上显示他们间热阻不一样，有图标显示功耗和温升时间什么的。

好像比较多人喜欢LTZ1000ACH
我用的是LTZ1000CH，按图也用了400K电阻，那里的发热端大概8V，通过400K，对R1 120欧贡献了2uA,
间接抬高0.24mV，不知道用意何在。


请教LZ，如何测出小数点后好几位的温度数据？？演算出来的还是有这种仪器？
隔热材料不等同防风罩的话，有啥好建议？？---需要一个中空但防风的罩就好？？？

longshort

中空但防风的罩子是隔热效率最高的。干燥空气的热阻比有机玻璃的热阻约高二十多倍，比棉花、泡沫保温材料等约高三倍。LM399就是在管壳外加了个塑料防风罩，利用中空的不流动空气来保温。

保温也不是可有穒无的，这个措施可以确保不因空气的流动而使管壳表面产生不同的温度场，从而引起输出的波动，同时良好的保温措施可以大大减少电耗，接近理论上的热-电转换效率，这对设计和长期的的使用都是有意义的。

haisens

https://bbs.38hot.net/forum.php?mod=viewthread&tid=371
看下这个帖子，更能加深理解。

mercyau

HGMETER 发表于 2013-7-23 14:38
关于LTZ1000中的Q1、Q2的作用，坛里有很多分析了，我再重复说两句。 Q1、Q2是先进工艺做的晶体管，与普 ...

现在外发机加工不贵。有空自己在公司用电木板搞个双层的防风罩看看

youngliu

HGMETER 发表于 2013-7-22 19:09
楼上youngliu 朋友，顺便请教。 我一直没搞明白官方典型电路中画*号的400K电阻的作用。它是加热端反馈，理 ...

由于LTZ1000CH的热阻比较小，内部深埋zener与加热器、温度检测三极管、补偿三极管之间的温差变化要比LTZ1000ACH来得大，也许有必要对此进行补偿。
假设加热电阻250ohm，热阻200度/W，加热电压由5V增大到6V，则推算：
1.加热功率变化了，由0.1W变成0.144W。
2.外部环境温度变化了，0.044W*200度/W=8.8度（环境温度降低了）。
3.流过400k电阻的电流增大了，流过zener的电流反而变小了。变小了1V/400k=2.5uA。
4.此电流在zener的内阻上产生的压降变化了。约降低了2.5uA*6ohm=15uV（假设zener本身的动态内阻为6ohm)，要维持基准输出电压不变，则zener的结温需要升高0.006度。也即，当环境温度降低8.8度，补偿三极管温度不变，但zener的结温反而升高了0.006度。这是由于芯片上各处存在温度梯度造成的。
假设不加400k电阻，则环境温度降低8.8度，基准输出将升高15uV，相当于7V的2ppm，这样温度系数就有0.23ppm/K了。显然与大家实测不符。因此，可以判断，芯片上的温度梯度远没有前面推算的那么大。接400k电阻可能会补偿过头了，如果一定要接，则需要实测调整。

youngliu

温度不均匀是必然的，因为zener是一个不能忽略的发热元件，典型应用电路中它的功耗有20多mW，哪怕它与恒温加热区（感温三极管区）的热阻小到1度/W，它与恒温区的温差也会有20mK。这与OCXO中完全被金属恒温槽体包围的几乎不发热的晶振不同。另外，因为zener并不是四面八方被加热器围绕，它还有其它散热通道，因此其温度变化不会完全跟随恒温器。由于补偿三极管与感温三极管处于对称位置，因此我前面是假设了它们的温度是恒定的。

youngliu

HGMETER 发表于 2013-7-23 21:41
恒温的终级目标是保持齐纳管、Q1的温度恒定。因它与Q1、加热器位置不同，温度有小的偏差是正常的。但我 ...

该当成整体分析的时候就当成整体，要分析不理想现象产生的根源，就得分开来看，看哪里的不理想可能造成，并量化

longshort

HGMETER 发表于 2013-7-23 22:11
求同存异吧！  看来楼上搞了时间不短。 另外，探讨一下，短路一下7V输出，恢复到正常值需多长时间？

将7V短路，即使是瞬间，也终止了一个统计时长的运行，这在测试时是可以的，在正式运行中是要禁止的。短路后的恢复时间每个器件都有自己的独立特性，自己就可以测试。

youngliu

LTZ1000的恒温控制电路与7V基准输出相关，7v短路会造成恒温温度设定值趋于理论上的无穷大，受限于最大加热电压，比如15V时，最大加热功率约0.9W，对于CH，最大理论温升为162度，ACH的理论温升为360度，足以烧坏了，即使不坏也将在剧烈温度冲击下发生一些不可逆的变化。加热到最高温度需要一些时间，具体会升高多少，与加热电压高低、短路时间长短、保温好坏有关

youngliu

7v短路，OP A1的同相输入被强制为0，若Vos为正，则A1的输出很低，不会损坏LTZ1000。若Vos为负，输出电压就会是达到最大摆幅，是否烧LTZ1000全凭运气了。
7V短路简化恒温电路如下 右图，懂电路分析的，一眼便知会发生什么。

youngliu

HGMETER 发表于 2013-7-24 17:50
其实楼上附图中，A1的积分0.1uF  1M及5脚对地的0.1uF还是有很大作用的。 理论和实践往往有很大的距离。 ...

既然说到那是积分电容，你就应该知道积分时间常数不大，短路时间一长是一定会饱和的。这两个电容对分析LTZ1000会不会在7V输出对地短路烧毁、温度会不会失控一点意义都没有。考虑稳态的时候，LT1013是处于开环状态！
7V短路时，LT1013的同相端对地电阻是70k，反相端对地是10.9k左右，LT1013的Ib约15nA，同相端电位会比反相端高0.86mV左右，由于其开环增益大于100万倍，因此输出饱和。（典型+7V基准电路）
LTZ1000不烧不是完全没可能：
1.用的是LTZ1000CH，且保温做得很不够甚至没保温，LTZ1000CH的热阻是166度/W左右，LTZ1000ACH是400度/W
2.供电电源电压比较低，或者LTZ1000内部加热电阻阻值偏上限（导致最大加热功率有限，不足以烧毁LTZ1000）
3.运放失调电压严重超标且另OP的静输入电压低于10uV（即使乘以开环增益输出电压也不大）
4.短路时间短温度还没来得及升高到烧毁的地步
5.不是理想短路

longshort

youngliu的最后一点后有道理，并且经常可能发生。一旦电路中发生短路，往往就直接把电源的供电电压拉低了，这样也起到了短路保护的作用，如果供电的稳压器件使用了78xx之类，那么短路保护是一定的。
但是研究电路一定要同时分析短路的可能，以及解决它的方法，不能只依赖于电路可能产生限制电流的能力。

youngliu

我不知道你是怎么想的，我的观点是越短时间的恒温越容易达到，越长时间的反而越难做到，比如要做到一天之内温度变化小于1毫度就要比1年内温度变化不超过1毫度容易得多得多。如果1秒种温度变化0.01度，1ms内的温度变化要不超过0.1毫度应该是轻易能做到的，1us内的温度变化应该没有仪器能分辨了。

ahhui

我觉得楼上的观点有道理，我认为温度和频率电压一样，短稳做好比长稳要难。

youngliu

楼上说的恰恰反了。频率、电压、温度等都是短稳比长稳好做！比如晶振，最普通的XO短稳都能做到10^-8量级，好的OCXO能到10^-13，而同一个普通晶振，长稳（年老化）则会差到10^-6，最好的OCXO也会到10^-10，比短稳差几个量级。
很普通的稳压管在不配恒温槽的情况下，短稳都能到0.0Xppm，而最好的10V商品基准都只敢声称其年稳指标几个ppm。
保存水三相点瓶的控温装置，温度短稳能到0.0XmK，而标准铂电阻温度计的年指标也有几个mK。
如果大家有热阻、热容、热时间常数、热惯性，电阻、电容、时间常数、RC滤波这几个概念，就应该明白，就算加热功率在0和100%之间开关动作，也是能得到相当稳定的小范围恒温区域的。PWM原理生成的电压基准4910，混本坛的人都应该不陌生吧？热、电是可以类比的！

为何自然界恒温最好的是地下深处，就是因为地球的热容极大，地下深处到地表外温度剧烈波动的大气之间的热阻大，热时间常数极大，所以地下深处的温度受外界温度波动的影响极小。

ahhui

youngliu 发表于 2013-7-25 20:03
楼上说的恰恰反了。频率、电压、温度等都是短稳比长稳好做！比如晶振，最普通的XO短稳都能做到10^-8量级， ...

说的很有道理。我的意思是温度不是一个元件而是一个系统，正如频率基准也是一个系统而非单个元件一样。系统的长稳和元件老化是两个不同的问题。比如OCXO的老化率比秒稳低2个级别（E-10/年），但是用OCXO做的频率基准可以通过外部反馈来控制误差，比如用更高的基准驯服，那样的话N年的误差也不会累积。而短稳指标只能靠内部工艺和机械和电路结构来控制，要想提高一个数量级很难。温度控制也是闭环的，长期稳定性可以靠伺服算法和比较更高的外部基准来做到长期不变，但是短期的话就只能靠工艺结构了。所以我觉得提高短稳指标比长稳要难（不是长稳指标一定比短稳好）