FI71198B - Halvledaromvandlare foer spaenningsmaetare - Google Patents

Description

1 71198

Puolijohdemuunnin jännityksenmittainta varten Tämä keksintö kohdistuu puolijohdemittalaitteiden valmistamiseen sekä erityisesti puolijohde-jännitysantu-5 reihin, joilla mitataan lämpö-, teho- ja mekaanisia parametrejä, kuten voimia, paineita, siirtymiä, kiihtyvyyksiä jne.

Tunnetaan jo puolijohde-jännitysanturi, mikä sisältää herkän osan, jollaisena on yksikiteinen piilevy, mikä 10 on n-johtavuustyyppiä. Levylle on aikaansaatu jännitysan-turit diffusoimalla vastaanottavaa epäpuhtautta tälle levylle. Jännitysanturit eristetään toinen toisistaan p-n liitoksilla, mitkä muodostuvat diffuusion yhteydessä. Jännitysanturit on kytketty toisiinsa sillaksi tai differen-15 tiaaliseksi, jännitykselle herkäksi piiriksi, jonka ulostulosignaali on verrannollinen mitattavana olevaan parametriin, kuten paineeseen. Mitattavana olevan parametrin lisäksi vaikuttaa jännitykselle herkän piirin ulostulosignaalin lämpötila, joka aikaansaa tietyn virheen mittauk-20 siin. Jotta huolehdittaisiin tästä virheestä, on jännitys-anturi varustettu yksittäisesti säädettävissä olevalla elektronisella piirillä ulostulosignaalin lämpötilakompen-sointia varten.

Tarkasteltavana oleva jännitysanturi pystyy toimi-25 maan ainoastaan lämpötiloissa alle 120°C, koska piin p-n liitoskohdat menettävät eristämisominaisuutensa korkeammissa lämpötiloissa.

Tämän lisäksi tällä anturilla on suhteellisen alhainen herkkyys, koska syöttöjännitettä, joka on verrannolli-30 nen ulostulosignaaliin, rajoittaa p-n liitoksen läpilyön-tijännitteen arvo U^, joka normaalisti on vain muutamia voltteja.

Edelleen täytyy todeta, että olemassa olevat yksittäin säädettävissä olevat piirit eivät aikaansaa tarvitta-35 vaa muuntamistarkkuutta lämpötilaväleille, jotka ovat suurempia kuin 120°C. Tämä johtuu siitä tosiasiasta, että jännitysanturin tulkkilaitteen ulostulosignaali on voi- 2 71198 makkaasti sekä epälineaarisesti riippuvainen toimintaläm-pötilasta (mikä puolestaan johtuu siitä tosiasiasta, että puolijohteisten jännitysantureiden, mukaan luettuna piitä olevat jännitysanturit, sähköiset parametrit, ovat lämpöti-5 lasta riippuvia). Olemassa olevat puolijohdeainekset, joita käytetään jännitysantureiden valmistamiseen, ovat sellaisia, että ulostulosignaali jännitykselle herkästä piiristä, joka sisältää tällaisen jännitysanturin, ei koskaan ole täysin rippumaton lämpötilasta.

10 Tunnetaan jo nykyisin tietty herkkä osa (jännitysan- turi) jännitysanturilaitetta varten. Tämä osa valmistetaan piikarbidista, missä typpipitoisuus on 7,3 · 10^ cm ^ ja tällä on stabiilit jännityksen mittauksen ominaisarvot lämpötiloissa jopa 800°C saakka.

15 Yllä olevan piikarbidin vastus yllä mainitulla typpi pitoisuudella on kuitenkin merkityksellisesti riippuvainen lämpötilasta, joka merkitsee ulostulosignaalin lämpötila-epästabiilisuutta .

Tarkasteltavana oleva herkkä osa on yksittäinen jän-20 nitysanturi, joka tulee kiinnittää joustavaan osaan jännitysanturin laitteesta, liima-ainekerroksella esiintyy kuitenkin hystereesiä ja ryömintää.

Tunnetaan jo puolijohdetta oleva painemittausmuutin, johon sisältyy herkkä osa, joka on yksikidesafiirialusta, 25 jolla on epitaksiset jännitysanturit valmistettuna yksikiteisestä piikalvosta, joka johtavuudeltaan on p-tyyppiä. Jännitysanturit on kytketty yhteen jännitysherkäksi silta-piiriksi, jonka ulostulo on kytketty signaalin muuntoyksi-kön sisääntuloon. Jännitysanturit on valmistettu piikalvos-30 ta, jonka vastusarvo on suuruusluokkaa 0,005 - 0,009 1 9 ohmi·cm, joka vastaa sen aukkopitoisuutta: p = 3,2 · 10 + 19 -3 1,4 · 10 cm . Tällainen anturi on vapaa niistä haittapuolista, joita on olemassa p-n liitoksen läsnäollessa.

Jännitysantureilla, jotka siltapiirin muodostavat, 35 on kuitenkin erilaiset lämpötilan vastuskertoimet, jonka johdosta nolla-arvon epätasapainojännite sillan yli riip- 3 71198 puu voimakkaasti lämpötilasta, joka vaikuttaa muuntamisen tarkkuuteen.

Sitä paitsi tarkasteltavana olevan jännitysanturin laitteen ulostulosignaali on myös voimakkaasti riippuvai-5 nen lämpötilasta. Jotta voitaisiin taata korkea mittaamis-tarkkuus, tulee anturi varustaa monimutkaisella, yksittäisesti säädettävissä olevalla lämpötilan kompensointipii-rillä. Tällainen piiri on kuitenkin tekijä, joka rajoittaa työskentelylämpötilan aluetta ja tarkasteltavana olevassa 10 tapauksessa tämä alue on ainoastaan 20-42°C.

Tällä keksinnöllä pyritään ensisijaisesti aikaansaamaan puolijohde-jännitysanturi, jossa on jännitysanturit sellaisesta puolijohdeaineksesta, että sillä saadaan jännitykselle herkän piirin ulostulon merkki riippumattomaksi 15 ympäröivästä lämpötilasta laajalla lämpötila-alueella.

Edellä esitetty tarkoitus saavutetaan järjestämällä puolijohdejännitysanturi, joka muodostuu herkästä osasta, jona toimii yksikiteinen safiirialusta, jonka päällä on epitaksiset, piitä olevat jännitysanturit valmistettuna 20 p-johtavuustyypin piistä kytkettynä toisiinsa sillaksi tai differentiaaliseksi jännitysherkäksi piiriksi, jonka ulostulo on kytketty signaalin muuntamisyksikön sisääntuloon ja tälle jännitysanturille on tunnusomaista tämän keksinnön mukaan, että aukkojen pitoisuus piissä on väliltä 3,5 · 19 20 -3 25 10 ' - 3 · Ϊ0ζυ cm -3.

Mikäli käytetään tasavirtalähdettä syöttämään virtaa jännitykselle herkkään piiriin, on edullista, että aukko- 19 -3 jen pitoisuus piissä on (3,5 - 9)10 cm

Mikäli tasavirtajännitelähdettä käytetään jännityk- 30 selle herkän piirin tehonsyöttöön, on edullista, että auk- 20 -3 kojen pitoisuus piissä olisi väliltä (1,8 - 3)10 cm

Rakenteeltaan yksinkertainen jännitysmittausmuunnin pystyy takaamaan tarkat mittaukset laajalla positiivisten ja negatiivisten lämpötilojen alueella, mikäli safiirialus-35 ta, jonka päällä on jännitykselle herkkä piiri syötettynä tasavirtalähteestä, on varustettu ylimääräisellä jännityk- 4 71198 selle herkällä piirillä syötettynä tasajännitelähteestä; kummankin jännitykselle herkän piirin ulostulojen tulisi olla kytketty signaaalinmuuntoyksikön sisääntuloon rele-tyyppisen kytkentäosan kautta, jonka säätöpiiri sisältää 5 epitaksisen piitä olevan termistorin, jonka aukkojen pitoi- 19 20 “3 suus on väliltä 3,5-10 -3-10 cm , termistorin si jaitessa joko jännityksettömällä alueella ja/tai ollessa suunnattu safiirialustan jännitykselle epäherkkään suuntaan.

Tämän keksinnön mukaisella puolijohde-jännitysantu-10 rilla on joukko etuja tavanomaisiin antureihin verrattuna. Sillä esiintyy parantunut muuntamistarkkuus ja paljon laajempi toimintalämpötilan alue väliltä -200 - +200°C. Jännitykselle herkän piirin ulostulosignaali on riippumaton lämpötilasta, joka tekee mahdolliseksi jättää pois elektro-15 nisen lämpötilan kompensoinnin piirin ja tästä seurauksena anturilla esiintyy ominaisuutena yksinkertainen signaalin-muuntopiiri.

Muut tarkoitukset ja edut nyt kyseessä olevasta keksinnöstä tulevat käymään paremmin ilmi tarkasteltaessa seu-20 raavassa olevaa yksityiskohtaista selitystä sen edullisena pidetyistä suoritusmuodoista, jolloin tämä selitys suoritetaan oheisiin piirustuksiin viitaten, joissa:

Kuvio 1 on poikkileikkauskuvanto puolijohde-paineanturista tämän keksinnön mukaan.

25 Kuvio 2 on yläkuvanto kuvion 1 anturista.

Kuvio 3 on piirikaavio jännitysanturin laitteesta, jossa esiintyy jännitysantureiden siltakytkentä tämän keksinnön mukaisena.

Kuvio 4 on kuvio havainnollistaen safiirille sijoitet-30 tujen p-tyyppisten piikalvojen vastuksen lämpötilakerrointa ominaisvastukseen verrattuna.

Kuvio 5 on kaaviokuvanto vastuksen lämpötilakertoi-men kokonaisarvosta ja p-tyyppisellä safiirilla olevien piikalvojen jännityksen herkkyyden kertoimesta esitettynä 35 ominaisvastuksen funktiona.

Kuvio 6 on kaavio safiirille sijoitettujen p-tyyppisten piikalvojen mittarikertoimen lämpötilakertoimesta ominaisvastukseen verrattuna.

5 71 198

Kuvio 7 on sivukuvanto puolijohde-paineanturin herkästä osasta tämän keksinnön mukaan, johon sisältyy kaksi jännitykselle herkkää piiriä.

Kuvio 8 on yläkuvanto kuvion 7 anturista.

5 Kuvio 9 on lohkokaavio kuvioiden 7 ja 8 anturista.

Kuvio 10 on kuvioesitys vastusarvon suhteellisesta muutoksesta termistorissa lämpötilan funktiona.

Kuvio 11 on kuvioesitys jännitykselle herkkien piirien sekä säädetyn kytkentäosan ulostulosignaaleista lämpö-10 tilan funktiona.

Kuviot 1 ja 2 esittävät suoritusmuotoa tästä keksinnöstä, jollaisena on paineanturi sisältäen sylinterimäisen runkokappaleen 1, joka on toiselta puolen yhteydessä putkeen 2, joka on tarkoitettu paineen P sisääntuontia varten. 15 Kappaleen 1 vastakkaiselle puolelle on kiinnitettynä millä tahansa tunnetulla menetelmällä, kuten juottamalla, herkkä osa 3. Tämä viimeksi mainittu sisältää safiirialustan 4, jollaisena on kalvo, jossa on sen kehäosuudella pullistuma, sekä epitaksiset piitä olevat jännitysanturit 5 järjestetty-20 nä keskenään yhdensuuntaisiksi pareiksi kalvon reunalle ja sijaitessa kohtisuorassa tämän kalvon säteen suuntaan nähden. Safiirialustan 4 tason kiderakenteen suuntaus on (1012). Epitaksiset piitä olevat jännitysanturit 5 on järjestetty piin kidetasoon (100) ja ne on suunnattu suuntiin 25 (011) sekä (0Ϊ1), jännitysantureilla 5 on kosketuksissa olevat pintakohdat 6.

Jännitysanturit 6 on kytketty yhteen kuviossa 3 esitetyksi siltapiiriksi. Eräs tämän sillan lävistäjäsuunta on yhdistetty tehonsyötön yksikköön 7, jollaisena on joko 30 tasavirran i syöttölähde tai tasavirtajännitteen UQ syöt-tölähde. Tämän sillan toinen lävistäjä toimii ulostulona jännitykselle herkästä piiristä ja se on yhdistetty merkin muuntoyksikön 8 sisääntuloon.

Keksinnön mukainen puolijohde-paineanturi toimii 35 seuraavaan tapaan. Kun tehoa syötetään siltapiiriin ja kun vaikuttamassa ei ole mitään painetta P ei kalvo 4 ole jännittyneenä, niin että jännitysantureiden 5 vastusarvo 71198 pidetään alkuperäisellä tasollaan ja tasapainossa olevan sillan ulostulosignaali on nollasuuruinen. Kun painetta P syötetään kalvolle 4, taipuu safiirialusta ja vääristää piitä olevia jännitysantureita 5. Muodonmuutos muuttaa mit-5 tareiden 5 vastusarvoa H, jolloin muutoksen etumerkki vas-tusarvossa määräytyy mittareiden 5 suunnasta kalvon 4 säteen suuntaan verrattuna.

Riippuvaisuus jännitysanturin 5 vastusarvon R ja lämpötilan T sekä jännityksen £ välillä voidaan lausua seuraa-10 vaan tapaan: R(T,£) = R(T)/1 + K(T )£7, (1) missä K(T) on jännitysanturin kerroin. Mikäli tasajännite 15 Uq syötetään siltapiiriin, voidaan tämän sillan ulostulosignaali U lausua funktiona: U(T,£) = UQK (T)£; (2) 20 Mikäli syötetään tasavirtaa i tähän siltapiiriin, on sillan ulostulosignaali seuraava: U(T,£) = iQR(T)K(T) £. (2' ) 25 Jännitysanturin jännitys on verrannollinen mitatta vana olevaan parametriin S, joka tässä tapauksessa on paine P, jolloin täten t = A(T)S. (3) 30 Tämän johdosta voidaan ulostulosiqnaali lausua: U(T, S) = U K (T) A (T) S (4) o 35 mikäli siltapiiriin syötetään tasajännite UQ ja se voidaan lausua: 7 71198 U(T, S) = i R(T)K(T)A(T)S (4') mikäli siltapiiriin syötetään tasavirta i .

Jotta saataisiin ulostulosignaali riippumattomaksi 5 lämpötilasta, täytyy tyydyttää seuraavassa esitettävät ehdot : 1 tfU _ .

u 5T 0/ 1,110* 10 _L_ <TKJT) + _1__ ^a(t) = K (T) $T A (T) 4 T υ' mikäli siltapiiriin syötetään tasajännite ja se voidaan 15 lausua: 1 $R(T) 1 6K(T) _1__ <JA(T) = R (T) §T K (T) ,5T A (T) $f u' ' 20 mikäli siltapiiriin syötetään tasavirtaa.

Jännitysantureiden vastusarvon lämpötilakerroin on 1 ÄR(T) OCr = ja on mittarikertoimen lämpötilakerroin 1 £k(T) O^k = k~(T7 4~t ~' jännitysanturin mittalaitteen elastisen muuntamisen lämpötilakerroin taas on ac^ = --^y e~—-- , jol-25 loin yhtälöt (5) ja (5') voidaan kirjoittaa muotoon «k + = 0 (6) ja myös 30 + «k + «k = °· (6'>

Ottaen huomioon, että «k on normaalisti arvoltaan pieni, ne ehdot, jotka täytyy tyydyttää, jotta ulostulon 35 merkki siltapiiristä saataisiin riippumattomaksi lämpötilasta, voidaan lausua seuraavassa muodossa: 71198 8

Otk «O (?) mikäli tasajännite syötetään siltapiiriin ja voidaan lausua 5 «R + <\ «0 (7 * ) mikäli siltapiiriin syötetään tasavirtaa. Yhtälöt (6), (6’) ja (7) , (7') sopivat samalla tavoin tapaukseen, jossa jännitysanturit sisältyvät differentiaaliseen piiriin.

Safiirialustalle kasvatetun yksikiteisen piikalvon (sos) ominaisuudet poikkeavat voimakkaasti suuren piikitei-den ominaisuuksista, mitkä on kasvatettu sulatteesta tai piistä, mikä saadaan diffuusion avulla tai autoepitaksise-15 na kasvuna. Safiirilla oleva piikalvo on voimakkaasti ko-koonpuristunutta erilaisten lämpölaajenemisen kertoimien vaikutuksesta piissä ja safiirissa. Tämän kalvon kokoonpuristumisen aikaansaaman pietsosähköisen ilmiön johdosta siirtyy seos jännitysanturin aluksi käytössä oleva toimintapis-20 te piitä olevan jännitysanturin alkuperäiseen toimintapisteeseen verrattuna, kun tämä on valmistettu diffusoidusta tai autoepitaksisesta piistä. Tämä siirtymä muuttaa mitta-rikerrointa K = AR/R£ ja se muuttaa mittarikertoimen lämpö-tilakerrointa GC^, koska kyseinen siirtymä riippuu lämpöti-25 lasta.

Sitä paitsi se pietsosähköinen ilmiö, minkä safiirilla olevan piikalvon kokoonpuristuminen lämmön mukana aikaansaa, muuttaa myös sos jännitysanturin vastusmäärää verrattuna ilman jännitystä olevaan piihin. Se muuttaa myös jän-50 nitysanturin «R arvoa pidettäessä mielessä, että lämmön mukana kokoonpuristuminen riippuu lämpötilasta. Täten sa-fiirialustalla olevan yksikiteisen piikalvon ja OC^ eroavat vastaavista arvoista suurikokoiselle, diffusoidulle tai autoepitaksiselle piille.

35 Kuvioiden 1 ja 2 painemittareiden jännitysanturit 5 sisältävät boorilla käsiteltyä piikalvoa safiirialustalla 19 ja on aukkojen pitoisuus piissä väliltä 3,5 · 10 9 71198 20 -3 3 · 10 cm , mikä vastaa vastusarvoa = 0,0045 -0,0006 ohmi-senttimetriä. Kuvio 4 on kaavio vastusarvon läm-pötilakertoimesta (Gl^) safiirialustalla olevalle yksikiteiselle piikalvolle vastusarvoon f verrattuna erilaisissa 5 lämpötiloissa T. Tämä kaavio osoittaa, että valitun vas-tusalueen puitteissa vaihtelee jännitysantureiden vastus-määrän lämpötilakerroin vain vähän laajalla T lämpötila-alueella ja se on vain vähän riippuvainen epitaksisen pii-kalvon vastusmäärästä. Yllä mainitulla aukkojen pitoisuu-10 della omaavat väistämättömät eroavaisuudet yksittäisten jännitysantureiden vastusarvoissa vain vähän vaikutusta vastusmäärän lämpötilakertoimiin. Tämän johdosta on nolla-kohdan epätasapainon jännite sillassa käytännöllisesti katsoen riippumaton lämpötilasta. Sitä paitsi parantaa yllä 15 mainitulla aukkojen pitoisuudella vastaanottavan epäpuhtauden kyllästymisen vaikutus tässä piissä sähköisten ominaisuuksien tasalaatuisuutta epitaksisessa kerroksessa, mikä edelleen pienentää eroavaisuuksia yksittäisten jännitysantureiden vastusmäärissä ja tekee nollakohdan epätasa-20 painon jännitteestä vieläkin vähemmän lämpötilasta riippuvan.

Erään vaihtoehtoisen suoritusmuodon mukaisesti kuvioiden 1 ja 2 painemittarista sisältävät jännitysanturit 5 boorilla uutettua piikalvoa safiirialustalla, missä kai- 19 -3 25 vossa aukkojen pitoisuus piissä on (3,5 - 9)10 cm , mikä vastaa määrää f = 0,0045 - 0,002 ohmi-senttimetriä. Tasa-virtaa i syötetään jännitykselle herkkään siltapiiriin (kuvio 3). Tässä tapauksessa on se ehto, mikä tulee tyydyttää lämpötilastabiilisuuden takaamiseksi ulostulon merkis-30 sä kuvattavissa yhtälöllä (6'). Kuvio 5 on kaavio vastuksen lämpötilakertoimen kokonaisarvosta ja mittarikertoimen läm-pötilakertoimesta yksikiteisille p-tyyppisille piikalvoil-le safiirialustalla näiden kalvojen vastusmäärään $ verrattuna. Kuvion 5 kaavio tekee selväksi, että riippuvaisuus 35 (6 *) toteutetaan valitulla vastusarvojen alueella laajalla lämpötilojen alueella, toisin sanoen ainakin väliltä -100 -+200°C ja että jännitykselle herkän piirin ulostulon merkki 10 71198 on riippumaton lämpötilasta tällä alueella (katkoviiva 9 kuviossa 11).

Erään toisen vaihtoehtoisen suoritusmuodon mukaisesti kuvioiden 1 ja 2 paineanturista sisältävät jännitysanturit 5 5 boorilla käsiteltyä piikalvoa safiirialustalla, missä 20 -3 aukkojen pitoisuus piissä on (1,8 - 3)10 cm , mikä vastaa vastusarvoa 0,0009 - 0,0006 ohmi·senttimetriä ja syötetään tasajännitettä UQ (kuvio 3) tähän jännitykselle herkkään siltapiiriin. Tässä tapauksessa on ehto lämpötilasta-10 biilisuutta varten ulostulon merkissä kuvattavissa yhtälöllä (6). Kuvio 6 on kaavio mittarikertoimen lämpötilakertoi-mesta p-tyyppisellä piikalvolla safiirialustalla tämän kalvon vastusmäärään S verrattuna. Kuten voidaan nähdä tästä kaaviosta, niin valittua vastusaluetta varten on tilanne 15 (6) käytännöllisesti katsoen toteutettu laajalla alle nol lan olevien lämpötilojen alueella välillä ainakin -200 -0°C, niin että tällä toimialueella ulostulosignaali on lähes riippumaton lämpötilasta (pistekatkoviiva 10 kuviossa 11) .

20 Eräs vaihtoehtoinen suoritusmuoto tämän keksinnön mukaisesta jännitysanturista on esitettynä kuvioissa 7 ja 8.

Viimeksi mainittu suoritusmuoto sisältää metallikal-von 11, mikä on yhtä kappaletta rungon 12 kanssa, mikä sisältää ontelon, mihin tuodaan paine P (sitä putkiliitäntää, 25 minkä tehtävänä on tuoda paine tähän onteloon, ei kuviossa 7 ole esitetty). Millä tahansa tunnetulla menetelmällä, kuten esim. juottamalla, on kalvoon 11 kiinnitetty safiiri-alusta 13, mikä on leikattu pitkin sen kidetasoa (1012). Alustalla 13 on epitaksiset jännitysanturit 14 boorilla kä- 30 säteilystä piikalvosta, missä aukkojen pitoisuus on 19 -3 (3,5 - 9)10 cm . Jännitysanturit 14 on järjestetty kalvon 11 reunalle ja suunnattu kidesuuntiin (110) ja (Ϊ10) tässä piissä, kyseiset jännitysanturit 14 on järjestetty pareiksi siten, että tietyn parin toinen jännitysanturi 35 on yhdensuuntainen kalvon 11 säteelle, kun taas toinen anturi tässä parissa sijaitsee kohtisuorassa tämän kalvon 11 säteeseen nähden. Jännitysanturit 14 on kytketty yhteen

II

il 71198 siltapiiriksi I, missä on kosketuksissa olevat alueet 15. Alustan 13 pinnalle muodostettuna käyttäen valinnaista boorilla diffusoinnin menetelmää, on epitaksiset jännitysan- turit 16 valmistettuna boorilla käsitellystä piikalvosta, 20 -3 5 missä aukkojen pitoisuus on (1,8 - 3)10 cm . Samoin kuin mittarit 14, on jännitysanturit 16 järjestetty kalvon 11 reunalle ja suunnattu kidesuuntiin (110) ja (110). Ne on järjestetty pareiksi, niin että toinen anturi 16 tietystä parista on yhdensuuntainen kalvon 11 säteelle, kun taas toi-10 nen anturi 16 tästä parista sijaitsee kohtisuorassa tämän kalvon 11 säteelle. Jännitysanturi 16 on kytketty siltapii-riin II kosketusalueineen 17. Alustalle 13 on edelleen sijoitettuna epitaksinen termistori 18 kosketusalueineen 19.

Termistori 18 on valmistettu boorilla käsitellystä piikal- 19 15 vosta, missä aukkojen pitoisuus on väliltä 3,5 * 10 20-3 3-10 cm Tarkasteltavana olevassa suoritusmuodossa on termistori 18 järjestetty alustan 13 jännityksettömälle alueelle tämän kappaleen 12 sivuseinän yläpuolella. Termistori 18 on myös voitu suunnata safiirialustan 13 jännityk-20 selle epäherkkään suuntaan.

Tasajännitteen syöttölähteen 20 tehtävänä on tasa-jännitteen Uq syöttäminen siltapiirille II (kuvio 9). Ta-savirran syöttölähteen 21 tehtävänä on syöttää tasavirtaa iQ jännitykselle herkkään siltapiiriin I. Nämä arvot Uo ja 25 iQ valitaan siten, että tietyssä lämpötilassa t toimialueella -100 - 0°C (esim. kohdalla t = 50°C) ja tietyllä paineella P ulostulon merkkien suuruudet jännitykselle herkistä piireistä I ja II ovat keskenään yhtäsuuria, toisin sanoen Uj (P) = Ulostulot jännitykselle herkistä

30 piireistä I ja II yhdistetään säädellyn, reletyyppisen kyt-kentäosan 22 sisääntuloihin, jollaisena osana voi olla vuo-rottelija. Ulostulo kytkentäosasta 22 yhdistetään merkin muuntamista yksikön 23 sisääntuloon. Kytkentäosan 22 säätöpiiri sisältää termistorin 18. Termistorin 18 vastusarvo 35 R(t) valitaan siten, että sillä esim. kohdalla t = -50°C

on vastusarvo R(t) = R . missä R on se vastusmäärä, millä o o o kytkentäosan 22 toinen stabiili tila saadaan muuttumaan toiseksi .

12 71198

Kuvioiden 7, 8 ja 9 puolijohdetta oleva paineanturi toimii seuraavaan tapaan.

Paine P (kuvio 7) syötetään kalvolle 11. Safiiria oleva alusta 13 taipuu kalvon 11 mukana. Piitä olevat jän-5 nitysanturit 14 ja 16 jännittyvät niin, että muodostetaan ulostulosignaalit U^iP) sekä Ujj(P) jännitykselle herkkien piirien I ja vastaavasti II ulostuloihin. Oltaessa nollan alapuolella olevilla lämpötila-alueilla, kuten esim. alueella -200 - -50°C, on termistorin 18 vastusmäärä R(t) 10 pienempi kuin Rq (kuvio 10). Tästä seurauksena on kytkentä-osan 22 tilanne sellainen, että jännitykselle herkän piirin II ulostulosignaali (P) syötetään merkin muuntamisen yksikön 23 sisääntuloon. Tämä merkki U^iP) on riippumaton siitä lämpötilasta, missä yllä mainitulla lämpötila-alueel-15 la ollaan (käyrä 10 kuviossa 11). Kun saavutetaan piste t = -50°C, on termistorin 18 vastusmäärä yhtä suuri kuin Rq (kuvio 10) niin, että kytkentäosan 22 tila muuttuu äkisti vastakkaiseksi ja jännitykselle herkän piirin I ulostulo yhdistetään merkin muuntamisen yksikön 23 sisääntuloon.

20 Tämä Uj(P) merkki on riippumaton lämpötilasta toimialueella väliltä esim. -50 - +200°C (käyrä 9 kuviossa 11). Viimeksi mainitulla lämpötila-alueella on termistorin 18 vastusarvo suurempi kuin Rq (kuvio 10) niin, että kytkentäosan 22 stabiili tila ylläpidetään. Kun lämpötila sitten laskee, muut-25 tuu taas kytkentäosan 22 tilanne kun R(t) = R , toisin sanoen lämpötilan kohdalla t = -50 C.

Täten on kytkentäosan 22 ulostulon merkki riippumaton lämpötilasta koko toiminta-alueella lämpötiloja (kuvion 11 umpimainen viiva 24) eli: 30

UT(P) välillä -50°C ^t ^ +200°C

U(P) I o o

U (P) välillä -200UC ^ t ^ -50UC

Claims (4)

13 71198

1. Puolijohdetta oleva jännitysanturi, mikä sisältää herkän osan, jona on yksikiteinen safiirialusta varustettu- 5 na johtavuudeltaan p-tyypin piistä valmistetuilla epitaksi-silla jännitysantureilla kytkettynä sillaksi tai differentiaaliseksi, jännitykselle herkäksi piiriksi, minkä ulostulo on yhdistetty signaalinmuuntoyksikön sisääntuloon, tunnettu siitä, että aukkojen pitoisuus piissä on väliltä 10 3,5 * 10 -3*10 cm

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jännitysanturi, missä tehon syöttö jännitykselle herkkää piiriä varten on tasavirtalähde, tunnettu siitä, että aukkojen pitoisuus piissä on 3,5 · 1019 - 9 · 1019 cm 3.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jännitysanturi, missä tehonsyöttönä jännitykselle herkkää piiriä varten on tasajännitteinen jännitteensyöttölähde, tunnettu 20 siitä, että aukkojen pitoisuus piissä on 1,8 · 10 - 3 · 1020 cm"3.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen jännitysanturi, tunnettu siitä, että safiirialustalla (13) on ylimääräinen jännitykselle herkkä piiri (II) , mikä on patenttivaatimuksen 3 mukainen, ulostulojen molemmista jännitykselle herkistä piireistä (I ja II) ollessa kytketty signaalinmuun-25 toyksikön (23) sisääntuloon säädellyn reletyyppisen kytken-täosan (22) kautta, minkä säätöpiiri sisältää piitä olevan epitaksisen termistorin (18), missä aukkojen pitoisuus on 19 20 -3 väliltä 3,5 10 —3 - 10 cm , tämän termistorin (18) sijaitessa joko jännityksettömällä vyöhykkeellä tai ollessa 30 suunnattu safiirialustan (13) jännitykselle epäherkkään suuntaan.