认识LTZ1000（一）

longshort

youngliu 发表于 2014-8-1 10:56
不赞同这个分析结论：“这里有一个关键之处，那就是齐纳管的电压一定是从冷态时的较低向热态时的较高发展 ...

完全不同意你的说法，实际上分压器的分压比和预定的Vbe2决定了恒温器的控制温度，你只要比较不同分压比下的Vbe2就清楚了。冷态时Vbe2一定是相对高的，热态时Vbe2一定是相对低的，否则就谈不上去控制温度了。分压器的上电阻根据Vz的大小相应调整，否则实际恒温温度与预设温度会相差较大。
对LTZ1000较大的正温系数的看法，我在文中已有说明。Vz在5.6V以上就是趋向正温发展，这其实不是决定LTZ1000有较大的正温系数的原因，而是设计上的需要。
Ic的问题，100uA左右是恰当的，93uA的工作电流在其设计容差的10%之内，这个很容易理解。
同一温度下Vbe2比Vbe1高，这个我注意到了。两个晶体管在物理结构上有不同，Q1的面积比Q2的面积要小一半，显然电流密度要大一倍。

youngliu

你没看懂人的意思还是我说的有歧义？
我说的是分压器的较低的分压（指的是R4、R5构成的分压器在R5上得到的电压值）比常温下的Vbe2要低一些，这样才会恒温在比室温高的温度，毕竟LTZ1000只有加热，没有致冷功能。这难道不对？与你的说法实际是没差吧

youngliu

longshort 发表于 2014-8-1 11:20
完全不同意你的说法，实际上分压器的分压比和预定的Vbe2决定了恒温器的控制温度，你只要比较不同分压比下 ...

我的描述中Vbe1是指补偿三极管、Vbe2是指温度检测三极管。温度检测三极管的Vbe比补偿三极管的高，而不是相反。Vbe高，其线性和灵敏度都要更好（高）一些。

longshort

youngliu 发表于 2014-8-1 11:29
你没看懂人的意思还是我说的有歧义？
我说的是分压器的较低的分压（指的是R4、R5构成的分压器在R5上得到的 ...

我相信是观察角度不同引起的表述差异。上电时候的分压器分压点电压难道不是由低到高？Vbe在冷态时肯定比热态时要高，这也是负温度系数的由来，没错吧？也许歧义由此产生，经历不同可能导致观察角度不同，不妨注意下我的头像。

youngliu

对LTZ1000较大的正温系数的看法，我在文中已有说明。Vz在5.6V以上就是趋向正温发展，这其实不是决定LTZ1000有较大的正温系数的原因，而是设计上的需要。

这个“设计上的需要”到底是个什么东西呢？
我个人认为LT将Vz选这么高可能基于以下考量：
Vz高，一致性更好，虽然温度系数会大些，但LTZ1000主要是恒温用的，而恒温器恒温能力远高于所有商品恒温电压基准，恒温后其温度系数已经可以低于0.05ppm/K，已可算”超级齐纳管“。
Vz更低的SZA263，由于zener电压低，温度系数离散很大，要想匹配温度系数，Rc最大差异达到几十倍，LTFLU-1的Vz更高一些，一致性就有所改善了。

longshort

youngliu 发表于 2014-8-1 11:34
我的描述中Vbe1是指补偿三极管、Vbe2是指温度检测三极管。温度检测三极管的Vbe比补偿三极管的高，而不是 ...

这个我同意，Q1的电流密度比Q2大N倍，也许导致结温升高N倍，进而产生Vbe1低于Vbe2的效果。这只是个猜想。

longshort

youngliu 发表于 2014-8-1 11:58
对LTZ1000较大的正温系数的看法，我在文中已有说明。Vz在5.6V以上就是趋向正温发展，这其实不是决定LTZ1000 ...

我个人认为LT将Vz选这么高可能基于以下考量：
Vz高，一致性更好，虽然温度系数会大些，但LTZ1000主要是恒温用的，而恒温器恒温能力远高于所有商品恒温电压基准，恒温后其温度系数已经可以低于0.05ppm/K，已可算”超级齐纳管“。
Vz更低的SZA263，由于zener电压低，温度系数离散很大，要想匹配温度系数，Rc最大差异达到几十倍，LTFLU-1的Vz更高一些，一致性就有所改善了。

我以为较大的正温度系数就是为了容易补偿而不是其他，无论是恒温状态还是非恒温状态都适用。实际项目中的防风保温措施不会象做实验时那么严密，故而在恒温下有一定的温度系数也是正常的，补偿的需要也因而成立。
看来观察角度确实不同，求同存异吧。
SZA263我没接触过，不好妄评。
对LTZ1000的分析都是在还没有获得实物之前，根据datasheet的参数抽取出的标称技术状态进行的，与实际情况会有一定的差距，但不会很大，结论应是有用的。

youngliu

longshort 发表于 2014-8-1 12:00
这个我同意，Q1的电流密度比Q2大N倍，也许导致结温升高N倍，进而产生Vbe1低于Vbe2的效果。这只是个猜想。 ...

应该不会是结面积大小（电流密度大小）进而结温升差N倍导致Vbe的巨大差异，我猜想有可能是掺杂浓度不同，测温三极管be结可能是低掺杂的吧

youngliu

longshort 发表于 2014-8-1 12:17
我以为较大的正温度系数就是为了容易补偿而不是其他，无论是恒温状态还是非恒温状态都适用。实际项目中 ...

Vz高一些，温度系数一致性好，采用相同补偿元件参数的补偿效果也会一致，即使用可调元件做精细补偿，补偿元件的调节范围也不需要很大，便于精细调节。

longshort

youngliu 发表于 2014-8-1 13:27
应该不会是结面积大小（电流密度大小）进而结温升差N倍导致Vbe的巨大差异，我猜想有可能是掺杂浓度不同， ...

这是haisen的ACH拆解图中心部位，紫色箭头是测温管（Q2），绿色箭头是补偿管（Q1），Q1的面积明显比Q2要小一半，设计上一定是有特别的用意的。

youngliu

longshort 发表于 2014-8-2 07:04
这是haisen的ACH拆解图中心部位，紫色箭头是测温管（Q2），绿色箭头是补偿管（Q1），Q1的面积明显比Q2要 ...

我这样解释你看能不能解释得通：
1.测温三极管面积大，则它与加热器之间的热阻就比较小，热耦合比较好，利于恒温控制。
2.温度补偿三极管面积比较小则它与加热器之间的热阻就比较大，热耦合松散些，有一定的“滤波作用”，其温度波动度会略小一点。

longshort

youngliu 发表于 2014-8-3 10:37
我这样解释你看能不能解释得通：
1.测温三极管面积大，则它与加热器之间的热阻就比较小，热耦合比较好， ...

第一点完全同意。
第二点从测试看来，同样的环境温度变化造成的Vbe变化，Q1比Q2要明显，从道理上也说得过去。不过这样一来，似乎Vbe1的温度系数要远大于Vbe2了？我的LTZ1000只做了简单的防风，环境温度变化8C时，Vbe2变化210uV左右，Vbe1则变化500uV左右。

longshort

youngliu 发表于 2014-8-3 10:37
我这样解释你看能不能解释得通：
1.测温三极管面积大，则它与加热器之间的热阻就比较小，热耦合比较好， ...

用S3DG394来搭建模拟电路时，Vbe1与Vbe2在Vcb=0时的冷态下测试，电压差不超过0.3mV，但一到电路中，Vbe1就比Vbe2要低7mV左右，而LTZ1000里的Vbe1比Vbe2低将近50mV。看来电路本身的特点是会造成较大的电压差，而LTZ1000工艺上的某种需要加剧了这种变化。

youngliu

longshort 发表于 2014-8-5 07:06
用S3DG394来搭建模拟电路时，Vbe1与Vbe2在Vcb=0时的冷态下测试，电压差不超过0.3mV，但一到电路中，Vbe1 ...

如何模拟的？搭成LTZ1000那样？设定恒温60度左右？

longshort

youngliu 发表于 2014-8-5 09:00
如何模拟的？搭成LTZ1000那样？设定恒温60度左右？

完全按LTZ1000的内部连接用分立元件模拟，具体细节将在获得一定数据后于（二）中介绍。

一个非常令人兴奋的结果可以先透露下：初测的噪声／短稳指标不俗，齐纳管用的是2DW232中的一个反向管，正向的由双三极管的Vbe1替代。今天早晨7点多测量的结果是2.817uVrms，160条记录作为过取样获得七位半十进制数据。这个结果比传统的限流电阻供电的方式要好一倍，现在单管的水准就相当于限流电阻供电方式下的四核2DW232基准。准备再试个几天。

youngliu

longshort 发表于 2014-8-5 09:27
完全按LTZ1000的内部连接用分立元件模拟，具体细节将在获得一定数据后于（二）中介绍。

一个非常令人 ...

你这个双三极管是国产代替超级对管LM394的吧，好像实测指标不如LM394

longshort

youngliu 发表于 2014-8-5 09:47
你这个双三极管是国产代替超级对管LM394的吧，好像实测指标不如LM394

是的，要差了不少，不过估计影响不太大，朝阳厂产品。

youngliu

前面我可能说错了。常温下Vbe高的其温度系数应该小些，Vbe低的温度系数大。LTZ1000里的补偿管可能温度系数大些

奇点

长短老师，请教一个问题，从HLDIY那里买回来的LTZ1000板子，是带有那个20欧的补尝电阻，就是那个R2，装上会有改善的影响吗？用20欧后，会不会过补偿呢？

longshort

奇点 发表于 2014-8-13 10:21
长短老师，请教一个问题，从HLDIY那里买回来的LTZ1000板子，是带有那个20欧的补尝电阻，就是那个R2，装上会 ...

你好！
一般来说，LTZ1000单个器件的参数总是有些差别的，这就决定了补偿电阻的值只能根据所补偿的对象来确定。20欧的补偿值，通常对应输出变化与Vbe1变化为1/6的情况。是否过补偿，可以在不同的环境温度下测试输出电压来获得变化的大小判定。

奇点

谢谢长短老师的回答。我最佩服的就是您和许老师这些能用数学方法计算的人。看了您的计算和实际应用，大部份比20欧大，我还是装一个电阻上去，但不调成最优，留下一定的正温标余量，能喊少基准部分自身的温标也是好事。

xinjihua

堪称巨作，慢慢学习

haixian

好文章，期待着（二），是不是能超过LTZ1000的噪声和稳定性。

longshort

haixian 发表于 2014-11-3 14:25
好文章，期待着（二），是不是能超过LTZ1000的噪声和稳定性。

超过LTZ1000的噪声性能是不现实的，分立的稳压管或基准管的噪声性能指标绝大部分都赶不上LTZ的隐埋齐纳管独立指标，但温度控制电路和温度补偿电路的思路是可以参考和借鉴的。

基准的稳定性则主要取决于LTZ组件的长期稳定性，第一年老化率如果能够达到2ppm/year或更低的话，那么作为一个可复现的参考电压是有价值的。

haixian

请教一个问题，LTZ1000使用了温度补偿电阻，并调整到了一个比较好的程度，如果不考虑补偿电阻的漂移。是否可以改善0.05PPM/度的温度漂移？似乎可以提高一个量级啊。如果这样，温度补偿电阻还是应该加的。

longshort

haixian 发表于 2014-11-4 14:24
请教一个问题，LTZ1000使用了温度补偿电阻，并调整到了一个比较好的程度，如果不考虑补偿电阻的漂移。是否 ...

理论上是可以的，但是越小的漂移，做起来越困难。补偿只是一个方面，基准组件本身各处还存在着程度不等的温度梯度，环境温度稍有变化，对它的影响就比较明显，这一点和传统电阻限流式的基准不太一样。电阻限流方式的基准可以选择在齐纳管的零温度系数下工作，对环境温度的变化有稍强一些的抵抗力。
我做LTZ基准组件，原则上不作为准确度的参照，而是利用它的长期稳定性，来作为可复现的电压-温度变化参照源。
此外，温补电路用于其它基准器件的控制已表现出一定的消噪性能，因此我对这一点更感兴趣。目前正在筛选合适的齐纳器件，作为进一步的实验材料。

haixian

根据半导体的知识，LTZ1000的时间漂移应该由两部分组成。一部分是稳压管的漂移，另一部分是温度传感器的漂移。现在似乎还没有见到对LTZ1000温度传感器漂移的研究文章。所以主观的认为如果减少整个电路对温度传感器的依赖程度，可以减少LTZ1000温度传感器引起漂移的影响，进而减少LTZ1000的时间漂移。现在最好的半导体温度传感器即便经过修正也存在时间漂移。请指教。

archwang

haixian 发表于 2014-11-4 20:01
根据半导体的知识，LTZ1000的时间漂移应该由两部分组成。一部分是稳压管的漂移，另一部分是温度传感器的漂 ...

半导体温度传感器的稳定性可以做到比较高的水平。例如模拟温度传感器LM35，所有等级的元件在最高使用温度下1k hr漂移典型值为正负0.08摄氏度。

haixian

前边有人分析过，LTZ1000的温度系数为50PPM/度，0.08度对应的就是4PPM。

longshort

haixian 发表于 2014-11-4 20:01
根据半导体的知识，LTZ1000的时间漂移应该由两部分组成。一部分是稳压管的漂移，另一部分是温度传感器的漂 ...

指教不敢！我也正在寻找这个问题的答案。这个问题涉及到PN结随时间而产生的老化现象，记得在本坛曾有人提到过，当时没有记下来，现在怎么也找不到，在网上也没能搜寻到相关的资料。不过从LTZ1000包含了全部集成器件的2uV/sqrt1000Hour（或6uV/aqrtYear）的总老化率指标来看，若设浴盆曲线的平稳段长度为10万小时的话，在10万小时末的总漂移也只有大约25uV，约3.5ppm的总漂移。只要记录不间断，原始值就总是可追溯的。