一、前言
半導(dǎo)體敏感元件對溫度都有一定的靈敏度。抑制溫度漂移是半導(dǎo)體敏感元件的常見問題，z-元件也不例外。本文在前述文章的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹z-元件的溫度補償原理與溫度補償方法，供光、磁、力敏z-元件應(yīng)用開發(fā)參考。
不同品種的z-元件均能以簡單的電路，分別對溫、光、磁、力等外部激勵作用輸出模擬、開關(guān)或脈沖頻率信號[1][2][3]，其中后兩種為數(shù)字信號，可構(gòu)成三端數(shù)字傳感器。這種三端數(shù)字傳感器不需放大和a/d轉(zhuǎn)換就可與計算機直接通訊，直接用于多種物理參數(shù)的監(jiān)控、報警、檢測和計量，在數(shù)字信息時代具有廣泛的應(yīng)用前景，這是z-元件的技術(shù)優(yōu)勢。但由于z-元件是半導(dǎo)體敏感元件，對環(huán)境溫度影響必然也有一定的靈敏度，這將在有效輸出中因產(chǎn)生溫度漂移而嚴(yán)重影響檢測精度。因而，在高精度檢測計量中，除在生產(chǎn)工藝上、電路參數(shù)設(shè)計上應(yīng)盡可能降低光、磁、力敏z-元件的溫度靈敏度外，還必須研究z-元件所特有的溫度補償技術(shù)。
z-元件的工作原理本身很便于進(jìn)行溫度補償，補償方法也很多。同一品種的z-元件，因應(yīng)用電路組態(tài)不同，其補償原理與補償方法也不同，特就模擬、開關(guān)和脈沖頻率三種不同的輸出組態(tài)分別敘述如下。
二、模擬量輸出的溫度補償
對z-元件的模擬量輸出，溫度補償?shù)哪康氖强朔䴗囟茸兓母蓴_，調(diào)整靜態(tài)工作點，使輸出電壓穩(wěn)定。
1．應(yīng)用電路
z-元件的模擬量輸出有正向(m1區(qū))應(yīng)用和反向應(yīng)用兩種方式，應(yīng)用電路如圖1所示，其中圖1(a)為正向應(yīng)用，圖1(b)為反向應(yīng)用，圖2為溫度補償原理解析圖。
2．溫度補償原理和補償方法 在圖2中，溫度補償時應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃為溫度補償?shù)墓ぷ骰鶞?zhǔn)，其中令： ts：標(biāo)準(zhǔn)溫度 t：工作溫度 qs：標(biāo)準(zhǔn)溫度時的靜態(tài)工作點
q：工作溫度時的靜態(tài)工作點
qs￠：溫度補償后的靜態(tài)工作點
vos：標(biāo)準(zhǔn)溫度時的輸出電壓
vo：工作溫度時的輸出電壓
在標(biāo)準(zhǔn)溫度ts時，由電源電壓e、負(fù)載電阻rl決定的負(fù)載線與ts時的m1區(qū)伏安特性（或反向特性）相交，確定靜態(tài)工作點qs，輸出電壓為vos。當(dāng)環(huán)境溫度從ts升高到t時，靜態(tài)工作點qs沿負(fù)載線移動到q，相應(yīng)使輸出電壓由vos增加到vo，且vo＝vos＋dvo，產(chǎn)生輸出漂移dvo。若采用補償措施在環(huán)境溫度t時使工作點由q移動到qs￠，使輸出電壓恢復(fù)為vo，則可抑制輸出漂移，使dvo＝0，達(dá)到全補償。
(1)利用ntc熱敏電阻
基于溫度補償原理，在圖1(a)、(b)中，利用ntc熱敏電阻rt取代負(fù)載電阻rl，如圖3(a)、(b)所示，溫度補償過程解析如圖2所示。在圖3電路中，標(biāo)準(zhǔn)溫度ts時負(fù)載電阻為rt，當(dāng)溫度升高到工作溫度t時，使其阻值為rt￠，可使靜態(tài)工作點由q推移到qs￠，由于rt.<rt￠，故應(yīng)選ntc熱敏電阻。當(dāng)溫度漂移量dvo已知時，只要確定標(biāo)準(zhǔn)溫度時的rt值及合適的溫度系數(shù)(即b)值，使得在工作溫度時的阻值為rt￠，即可達(dá)到全補償。
(2)改變電源電壓
基于溫度補償原理，補償電路如圖4(a)、(b)所示，圖5為補償過程解析圖，其中負(fù)載電阻rl值不變，當(dāng)溫度由ts升到t時，產(chǎn)生輸出漂移dvo，為使dvo=0，可使es相應(yīng)增大到es￠，若電源電壓的調(diào)整量為de，且de= es￠-es，要滿足de=-kdvo的補償條件，可達(dá)到全補償。其中，k為比例系數(shù)，“負(fù)號”表示電壓的改變方向應(yīng)與輸出漂移方向相反，比例系數(shù)k與負(fù)載線斜率有關(guān)，可通過計算或?qū)嶒炃笕。遥?/p>
為了得到滿足補償條件的按溫度調(diào)變的電源電壓，實際補償時可采用緩變型 ptc熱敏電阻、ntc熱敏電阻或溫敏z-元件來改變電源電壓e，達(dá)到補償?shù)哪康模?
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采用緩變型ptc熱敏電阻的補償電路如圖6所示。在圖6中，z-元件與負(fù)載電阻rl構(gòu)成工作電路，工作電路的直流電源電壓e由集成穩(wěn)壓電源lm317電路供電，rt為緩變型熱敏電阻，采用熱敏電阻rt的lm317電路的輸出電壓為：
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