CN2430689Y - 一种采用z-元件的半导体三端传感器 - Google Patents
一种采用z-元件的半导体三端传感器 Download PDFInfo
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Abstract
一种结构简单的低成本数字量输出传感器,属于具有三端结构的传感技术领域。它克服了传统传感器只能输出低幅值模拟信号、应用电路复杂等不足,为新一代数字量输出传感器的研制创造了条件。本发明基于Z-元件特殊的伏安特性,具有输出幅值大、电路结构简单而规范、抗干扰能力强、可靠性高、成本低、研制开发方便等优点,可广泛应用于保安监控、信号检测、工业自动化系统以及家用电子装置等。
Description
本实用新型发明属于传感技术领域,尤其涉及具有三端结构数字量输出性能的传感器。
目前国内外检测与控制系统均采用敏感元件或传感器、再附加若干辅助电路而构成。由于常规敏感元件或传统传感器多为模拟量输出,其输出幅值小,抗干扰能力差,必须附加放大、模/数转换辅助电路才能与数字仪表或计算机相连接,致使硬件系统复杂,研制成本增加,可靠性降低,为二次仪表生产带来了困难,限制了检测与控制系统在更广阔的领域中应用。
本实用新型的目的是提供一种最简单的电路结构,该电路结构属于一种具有三端结构的新型传感器。利用该电路,选用不同的Z-元件可测量多种物理参数;选定不同的工作状态,设定不同的工作点,可分别取得模拟量输出、开关量输出以及频率脉冲输出,再经计数变换还可取得代码输出,可广泛应用于保安监控、信号检测、工业自动化系统以及家用电子装置等。
本实用新型的工作原理是基于Z-元件是一种其N区被重掺杂补偿的特种PN结,它具有特殊的伏安特性。图1(a)为Z-元件半导体结构,图1(b)为电路符号,图1(c)、(d)、(e)分别为三种基本应用电路结构。其中图1(c)、(e)为Z-元件正向应用,图1(d)为反向应用,在图1(c)所示电路结构中,E为直流电源,Z-元件通过负载电阻R按正向偏置连接在直流电路中,负载电阻R用于限制工作电流,并取出输出电压信号Vo。不同的Z-元件对不同的外部作用具有敏感特性,这种外部作用可以分别是热、磁、光等物理参数。根据外部作用不同,可制造成温敏Z-元件、磁敏Z-元件和光敏Z-元件。若在外部作用下,工作电流产生均匀变化,在负载电阻上可得到模拟量输出;若在外部作用下,工作电流产生突变,在负载电阻上则得到开关量输出;若在外部作用下,工作电流产生振荡,在负载电阻上则得到频率脉冲输出。
本实用新型的优点是:
1、测量物理参数广泛。选用温敏或磁敏或光敏等Z-元件,可分别对温度、磁场强度、光强度等参数进行监控和检测;
2、电路结构简单而规范,为用户二次仪表的研制开发带来方便;
3、既可模拟量输出也可数字量输出。特别是不需放大和模/数转换就可与计算机直接连接,简化硬件电路,可降低成本;
4、体积小、工作电压低、工作电流小、输出幅度大、动态响应快、抗干扰能力强,可进行非接触测量,特别适合研制微型、便携式和本质安全型仪器仪表和机电一体化产品。
附图说明:
图1、为Z-元件基本应用电路结构图。
图2(a)、为Z-元件的正向伏安特性;图2(b)为Z-元件的反向伏安特性。
本实用新型的实施例如下:
实施例1:利用温敏Z-元件制造一种点式感温火灾探测器。温敏Z-元件的正向伏安特性呈“L”特性,如图2(a)所示。该伏安特性具有三个工作区:M1:高阻区,M2:负阻区,M3:低阻区。Vth为阈值电压、Ith为阈值电流、Vf为导通电压、If为导通电流。当工作电压E<Vth时,工作在M1区;当E≥Vth时,快速经过M2区进入M3区。该伏安特性随温度升高而向左推移,不同环境温度下,阈值电压Vth不同,调整电源电压E可按国家有关消防电子产品标准规范设定不同的报警温度。工作点选定在M1区,Z-元件处于小电流工作状态,输出电压为低电平;当环境温度升高时,伏安特性向左推移,Vth减小,当达到E≥Vth时,Z-元件快速跳变到M3区,处于大电流工作状态,输出电压为高电平,利用输出电压Vo的这种跳变可驱动声、光报警装置,达到监控温度、预报火灾的目的。
实施例2:利用Z-元件反向应用制成一种高灵敏度模拟输出三端温度传感器,如图1(d)所示。其温敏Z-元件通过负载电阻R按反向偏置连接在直流电路中,温敏Z-元件反向应用时具有较高的线性度和温度灵敏度,如图2(b)所示。当温度较低时,工作电流输出小,输出电压Vo较低;当温度增高时,工作电流逐步增加,输出电压Vo与温度成比例增加,可用于温度检测。
实施例3:利用温敏Z-元件并联以电容制成一种频率输出的三端数字温度传感器,如图1(e)所示。当Z-元件工作在M1区时,其阻值很高,电源E通过电阻R向电容C充电,随充电的进行,电容上电压Vc逐步增加,当增加到Vc≥Vth时,Z-元件工作点迅速进入M3区,这时Z-元件电阻很小,电容C通过Z-元件放电,放电后Z-元件工作点又迅速返回M1区,再次充电,如此反复进行,输出端得到三角波频率脉冲信号,随温度变化而变化,这样就构成一种新型低成本三端数字温度传感器。利用光敏Z-元件,同样可以得到一种新型低成本三端数字光敏传感器。
Claims (5)
1、一种采用Z-元件的半导体三端传感器,其电路结构由Z-元件和负载电阻R所构成,以及由Z-元件和负载电阻R再并联电容C所构成,其特征是:该电路由直流电源E供电,Z-元件按正向偏置或反向偏置工作,选择不同的Z-元件并设定不同的工作点可分别输出模拟信号、开关信号或频率脉冲信号。
2、根据权利要求1所述的传感器,其特征是:选用温敏Z-元件,该电路可对温度进行监控和检测。
3、根据权利要求1所述的传感器,其特征是:选用磁敏Z-元件,该电路可对磁场进行监控和检测。
4、根据权利要求1所述的传感器,其特征是:选用光敏Z-元件,该电路可对可见光、红外线、紫外线强度进行监控和检测。
5、根据权利要求1所述的传感器,对频率脉冲输出传感器,并联电容C可并于Z-元件也可并于电阻上,频率脉冲输出可从Z-元件上取出,也可从电阻R上取出。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CN 98212686 CN2430689Y (zh) | 1998-04-30 | 1998-04-30 | 一种采用z-元件的半导体三端传感器 |
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CN 98212686 CN2430689Y (zh) | 1998-04-30 | 1998-04-30 | 一种采用z-元件的半导体三端传感器 |
Publications (1)
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CN2430689Y true CN2430689Y (zh) | 2001-05-16 |
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ID=33966914
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CN 98212686 Expired - Fee Related CN2430689Y (zh) | 1998-04-30 | 1998-04-30 | 一种采用z-元件的半导体三端传感器 |
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CN (1) | CN2430689Y (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113790811A (zh) * | 2021-09-03 | 2021-12-14 | 云芯智联(苏州)动力科技有限公司 | 一种基于5g网络微功耗温度传感器 |
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1998
- 1998-04-30 CN CN 98212686 patent/CN2430689Y/zh not_active Expired - Fee Related
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CN113790811A (zh) * | 2021-09-03 | 2021-12-14 | 云芯智联(苏州)动力科技有限公司 | 一种基于5g网络微功耗温度传感器 |
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GR01 | Patent grant | ||
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Addressee: Harbin Technology Import and Export Co. Document name: payment instructions |
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CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |