精密二极管简称PD。它具有线性好、工作温度范围宽、稳定性好等优点。精密二极管的具体型号有HW14、15、16、17;SHW14、17及THW15、16、17,其外形见图1。附表给出辽宁宏源微电子器件厂生产的HW系列产品的工作温度范围、平均温度灵敏度S及动态电阻RZ,供读者参考。


主要特性
PD管的特性严格遵循下列公式:
I\(_{f}\)=C(273.15+t)\(^{r}\)·e(Vf-V\(_{o}\))/D(273.15+t)(1)
(1)式中C、r、V\(_{o}\)及D为特性常数,t为摄氏温度,If和V\(_{f}\)分别为正向电流和正向电压。
由公式(1)可得:
V\(_{f}\)=Vo-D(273.15+t)ln[C(273.15+t)\(^{r}\)/I\(_{f}\)](2)
由(1)、(2)式可知:在一定的t下,I\(_{f}\)与Vf呈指数关系,反之,V\(_{f}\)与If呈对数关系。当I\(_{f}\)一定时,Vf与t呈近似的线性关系;当I\(_{f}\)正比于(273.15+t)时,Vf与t呈更好的线性关系;当I\(_{f}\)正比于(273.15+t)\(^{r}\)时,Vf与t呈完全的线性关系。
PD的主要工作电路是恒流源和恒压源电路,如图2所示。为了使用方便,HW系列产品配有恒流源和恒压源供电下的V\(_{f}\)与If及t特性对照表,每隔1℃给出一个V\(_{f}\)与If的特性对照值。

由(1)、(2)式可知:改变PD的体温,可以调节和控制其特性参数。因此制造了带温控器的PD,简称TPD,型号有THW15、16、17。温控器是通过一个加热电阻来实现温度调节和控制的,改变加热电阻的电流,即可实现调节和控制PD的体温,而体温的数值大小可根据恒流源或恒压源供电下的V\(_{f}\)值从特性对照表中查得。
为了弥补PD单管的不足,将两个特性相同的PD芯片封装在一起,制造了PD对管,简称SPD,型号有SHW14、17。SPD具有严密的对称性,两个PD的V\(_{f}\)偏差小于0.1mV。
应用实例
1.热敏电阻线性化电路:
电路如图3所示,它利用PD的指数特性将R\(_{t}\)的温度特性补偿为线性。在这个电路中,只要保持供电电压和PD的温度恒定不变,则Vf或R\(_{t}\)的VR就与R\(_{t}\)的温度呈线性关系。利用PD对Rt进行线性化,具有电路简单、不需复杂计算和调试、线性化温度范围宽、精度高、经济方便等优点。

2.晶体管的线性化电路:如图4所示。这个电路利用PD的指数特性将晶体管的基极电压与集电极电压补偿为线性关系。

3.优质对数放大电路:如图5所示,它使用PD作线性一对数转换器件,从而使得V\(_{in}\)线性增加时,Vo则呈对数地增加,从而实现了线性一对数变换。

以上三个电路为线性—指数或对数变换电路,这里值得注意的是:PD的指数或对数特性只有在一定的温度下才具有,因此,PD应工作于恒温下,否则应使用SPD(PD对管)进行温度补偿或使用TPD(带温控器的PD)。
4.数字温度测量电路:如图6所示,这个电路的测温量程为0—100℃,它使用HW16作温度敏感器件。

5.桥式对管测量电路:如图7所示,这个电路可广泛用于温度、温差、湿度、液位、流速等测量。用于温度测量时,使用SPD管,R1和R2取不同值。在这种情况下,ΔV\(_{f}\)与t呈完全的线性关系,ΔVf的温度灵敏度取决于I\(_{f1}\)/If2;用于温差测量时,使用两个特性完全相同的PD,R1与R2取同值。将PD1和PD2分别置于两个待测温场中,这里ΔV\(_{f}\)与Δt呈近似的线性关系;湿度测量实际上是温差测量,R1与R2取同值,将PD1置于湿泡中,PD2置于待测环境中,它们之间的温差决定着湿度的大小;用于液位测量时,使用两只特性相同的TPD,R1与R2取同值。由于TPD在空气和液体中的散热不同,所以当液位上升到某一个TPD时,因两个TPD的温度不同,电桥上产生电位差;同理,由于TPD在流动和静止的流体中散热不同,所以其体温就不同,因此将两个特性相同的TPD中的一只置于静止的流体中,另一支置于流动的流体中,则电桥上产生电位差且与流速呈比例,可以实现对流速的测量。(于士一)
