一种基于三极管输出特性的热敏电阻线性补偿电路的制作方法

文档序号:8394691阅读:1187来源:国知局
一种基于三极管输出特性的热敏电阻线性补偿电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光电技术领域与测量与自动控制领域的结合,特别涉及一种光伏发电系统的基于三极管输出特性的热敏电阻线性补偿电路。
【背景技术】
[0002]负温度系数(Negative Temperature Coefficient,NTC)热敏电阻具有输出信号大、灵敏度高、热容量小、响应速度快、体积小、价格低、高阻值等优点,被广泛用于:光电子技术领域(如,太阳能光伏系统温度监控测量,半导体激光器的温度监控与测量,等);测量和自动控制领域(如:家庭空调、汽车空调、冷柜、冰箱,等);安全生产监测领域(如:火灾监控,灭火器,温度传感器,等),等需要温度测量和控制的场合。
[0003]NTC热敏电阻的阻值与温度之间存在着严重的非线性关系。如果不经过线性化处理就对热敏电阻直接进行采样,会造成高温低温采样分辨率差的结果,因此在实际使用中,需要对NTC热敏电阻的非线性进行有效的线性补偿。常用的解决方法有电桥线性法、恒流源或恒压源测量法、放大器补偿法、定时电路法等。电桥平衡法线性化效果明显,电路简单,抗干扰能力强,但是测量精度不高,通常运用于温度测量精度要求不高的场合。恒流和恒压法能方便地实现电阻到电压信号的转换,但是它们需要额外增加单片机及其相关软件来解决其非线性问题,会使电路的复杂程度变高,同时也会对所用的恒流恒压源的稳定性提出了严格要求。
[0004]总之,传统的NTC线性化方法要么线性化程度较差,要么电路复杂而成本较高。因此,提出一种简单高效的NTC热敏电阻线性化技术变得十分必要。

【发明内容】

[0005](一 )要解决的技术问题
[0006]有鉴于此,本发明主要目的是提供一种简单高效的基于三极管输出特性的热敏电阻线性补偿电路,以实现对热敏电阻的线性补偿。
[0007]( 二)技术方案
[0008]为达到上述目的,本发明提供了一种基于三极管输出特性的热敏电阻线性补偿电路,包含:
[0009]感测模块1,用于对外界温度进行实时检测,并将检测到的温度信号转换成电流信号;
[0010]恒流模块2,用于控制和调节第二 PNP型三极管Q2的集电极电流ICQ2,从而实现对第一 NPN型三极管Ql的集电极电流Ibqi的控制;
[0011]放大模块3,用于提供反馈,将补偿模块4的补偿施加于NTC热敏电阻RT,以及提供恒压,保证NTC热敏电阻&两端的电压恒定;
[0012]补偿模块4,用于利用第一 NPN型三极管Ql输出特性曲线的非线性抵消NTC热敏电阻&的非线性,从而实现线性化功能;
[0013]接口模块5,包括V。。接口、V ^接口、V。输出接口和GNG接口,其中V。。接口和V ^接口为整个热敏电阻线性补偿电路提供供电电压输出接口和GND接口为外电路提供输出端口。
[0014]上述方案中,所述感测模块I包含一个NTC热敏电阻Rt;该NTC热敏电阻Rt的一端与接口模块5中Vss接口相连接,该NTC热敏电阻R τ的另一端与放大模块3中OP运算放大器的反向输入端相连接。
[0015]上述方案中,所述NTC热敏电阻Rt两端的电压恒定为V ss,流过NTC热敏电阻&电流的变化将起到感测温度T变化的作用。
[0016]上述方案中,所述恒流模块2包括第一二极管D1、第二二极管D2、第一恒定电阻R1、第二恒定电阻R2和第二 PNP型三极管Q2,其中:
[0017]第二恒定电阻R2的一端与接口模块5中GND相连接,第二恒定电阻R2的另一端与第二二级管D2的负极相连接;
[0018]第一二极管Dl的负极一端与第二恒定电阻R2相连接,第一二极管Dl的正极与第二二级管D2的负极相连接;
[0019]第二二级管D2的负极与第一二极管Dl正极相连接,第二二级管D2的正极与接口模块5中的V。。接口相连接。
[0020]上述方案中,第一二极管Dl、第二二极管D2、第二 PNP型三极管Q2、第二恒定电阻R2之间分压关系能够保证第一恒定电阻Rl上的电压恒定在0.6V,因此通过调节第一恒定电阻Rl的阻值能够达到调整和控制第二 PNP型三极管Q2集电极电流Iaj2大小的目的,而由热敏电阻线性补偿电路的结构知道Iaj2等于IBQ1,因此通过调节第一恒定电阻Rl的阻值最终起到调节第一 NPN型三极管Ql的基极电流Ibqi的大小的目的。
[0021]上述方案中,所述放大模块3包括OP运算放大器和负载电阻%,其中:
[0022]OP运算放大器的正输入端与接口模块的GND接口相连,OP运算放大器的负输入端与补偿模块4中第一 NPN型三极管Ql的发射极相连接,OP运算放大器的输出端与补偿模块4中第一 NPN型三极管Ql的集电极相连接,OP运算放大器的正负供电端口分别与接口模块中V。。接口和V ss接口相连接;
[0023]负载电阻Rq的一端与OP运算放大器的输出端相连接,负载电阻Rq的另一端与接口模块4中GND相连接。
[0024]上述方案中,所述OP运算放大器能够保证流过NTC热敏电阻&的电流全部由第一 NPN型三极管Ql集电极电流Iajl提供,从而保证补偿模块4的功能得以实现。
[0025]上述方案中,所述补偿模块4包含第一 NPN型三极管Ql,是整个热敏电阻线性补偿电路的核心模块,用于实现对温敏电阻进行有效的线性补偿。
[0026]上述方案中,所述第一 NPN型三极管Ql是NPN型双极晶体管,发射极与放大模块3中OP运算放大器的负输入端相连接,集电极与放大模块3中OP运算放大器的输出端相连接,基极与恒流模块2中第二 PNP型三极管Q2的集电极相连接。
[0027]上述方案中,采用可调电阻替代第一恒定电阻R1、第二恒定电阻R2和负载电阻R0,从而便于电路的调试和优化。
[0028](三)有益效果
[0029]从上述技术方案可以看出,本发明具有以下特点:、
[0030]1、本发明提供的基于三极管输出特性的热敏电阻线性补偿电路,电路的线性化效果非常好。模拟和实验表明在从_25°C到+125°C非常大的温度范围内,可以实现非常良好的线性化补偿效果。
[0031]2、本发明提供的基于三极管输出特性的热敏电阻线性补偿电路,电路结构非常简单。由于不需要单片机就可以实现非线性到线性的直接转化,因此电路结构非常简单。
[0032]3、本发明提供的基于三极管输出特性的热敏电阻线性补偿电路,电路转化灵敏度高。完全基于模拟元件实现,因此不需要模拟数字的繁琐转化,避免了大量的数据处理和线性拟合,因此电路的灵敏度非常高。
[0033]4、本发明提供的基于三极管输出特性的热敏电阻线性补偿电路,电路有利于大规模生产,可以大大降低NTC温度感测电路的生产和维修成本,因此十分有利于大规模生产。
【附图说明】
[0034]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明进一步洋细说明。
[0035]图1是本发明提供的基于三极管输出特性的热敏电阻线性补偿电路的示意图。
[0036]图2是本发明提供的基于三极管输出特性的热敏电阻线性补偿电路的模拟仿真效果图。
【具体实施方式】
[0037]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明进一步详细说明。
[0038]本发明提供的基于三极管输出特性的热敏电阻线性补偿电路,利用第一 NPN型三极管Ql输出特性曲线的非线性与NTC热敏电阻Rt的电阻值与温度间的非线性相互抵消,即利用第一 NPN型三极管Ql的非线性来补偿NTC热敏电阻Rt的非线性,最终达到输出电压Vtj与温度T之间的线性关系。
[0039]NTC热敏电阻&的电阻值与温度之间存在着严重的非线性关系。随着温度的升高,NTC热敏电阻Rt的电阻值会下降,而且实际研宄表明NTC热敏电阻Rt的电阻值与温度之间的非线性关系是e指数关系。常见BJT三极管,有放大、截止和饱和三种工作状态,通过调节集电极电流Ic、集电极与发射极电压Vci和基极电流IB三者间的大小关系,可以控制BJT三极管的工作状态。在基极电流Ib固定不变的情况下,和热敏电阻类似,BJT三极管集电极电流I。与集电极与发射极之间的电压V⑶之间也具有非常严重的非线性,且这个非线性关系满足e指数,这个非线性关系还会受基极电流&的控制。
[0040]基于以上理论,本发明提出的基于三极管输出特性的热敏电阻线性补偿电路如图1所示,其根本原理在于利用BJT输出特性曲线的e指数非线性关系与NTC热敏电阻&的e指数非线性关系相抵消而达到线性补偿的目的。
[0041]如图1所示,图1是本发明提供的基于三极管输出特性的热敏电阻线性补偿电路的示意图,该热敏电阻线性补偿电路包含NTC感测模块1、恒流模块2、放大模块3、补偿模块4和接口模块5,其中:
[0042]感测模块I用于对外界温度进行实时检测,并将检测到的温度信号转换成电流信号。图1中,感测模块I包含一个NTC热敏电阻RT。NTC热敏电阻Rt的一端与接口模块5中Vss接口相连接,NTC热敏电阻R τ的另一端与放大模块3中OP运算放大器的反向输入端相连接。NTC热敏电阻Rt两端的电压恒定为V ss,流过NTC热敏电阻Rt电流的变化将起到感测温度T变化的作用。
[0043]恒流模块2用于控制和调节第二 PNP型三极管Q2的集电极电流IeQ2,从而实现对第一 NPN型三极管Ql的集电极电流Ibqi的控制。图1中,恒流模块2包括第一二极管Dl、第二二极管D2、第一恒定电阻Rl、第二恒定电阻R2和第二 PNP型三极管Q2。第二恒定电阻
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