第一篇：Z元件特性研究論文

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來(lái)源蓮山

課 件 w w w.5y K J.Co m 5

摘要：Z-元件具有進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)潛力，擴(kuò)充其特性和應(yīng)用可形成一些新型電子器件。本文在溫、光、磁敏Z-元件的基礎(chǔ)上，依據(jù)對(duì)Z-元件工作機(jī)理的深入探討，開(kāi)發(fā)出一些新型的半導(dǎo)體敏感元件，如摻金γ-硅熱敏電阻、力敏Z-元件以及新型V/F轉(zhuǎn)換器。本文著重介紹了這些新型敏感元件的電路結(jié)構(gòu)與工作原理。這些新型敏感元件都具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、體積小、成本低等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：熱敏電阻，摻金γ-硅熱敏電阻，Z-元件，力敏Z-元件，V/F轉(zhuǎn)換器

一、前言

Z-半導(dǎo)體敏感元件﹙簡(jiǎn)稱Z-元件﹚性能奇特，應(yīng)用電路簡(jiǎn)單而且規(guī)范，使用組態(tài)靈活，應(yīng)用開(kāi)發(fā)潛力大。它包括Z-元件在內(nèi)僅用兩個(gè)﹙或3個(gè)﹚元器件，就可構(gòu)成電路最簡(jiǎn)單的三端傳感器，實(shí)現(xiàn)多種用途。特別是其中的三端數(shù)字傳感器，已引起許多用戶的關(guān)注。

Z-元件現(xiàn)有溫、光、磁，以及正在開(kāi)發(fā)中的力敏四個(gè)品種，都能以不同的電路組態(tài)，分別輸出開(kāi)關(guān)、模擬或脈沖頻率信號(hào)，相應(yīng)構(gòu)成不同品種的三端傳感器。其中，僅以溫敏Z-元件為例，就可以組合出12種電路結(jié)構(gòu)，輸出12種波形，實(shí)現(xiàn)6種基本應(yīng)用[3]。再考慮到其它光、磁或力敏Z-元件幾個(gè)品種，其可供開(kāi)發(fā)的擴(kuò)展空間將十分可觀。為了拓寬Z-元件的應(yīng)用領(lǐng)域，很有從深度上和廣度上進(jìn)一步研究的價(jià)值。

本文在前述溫、光、磁敏Z-元件的基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)工藝和應(yīng)用開(kāi)發(fā)實(shí)踐，在半導(dǎo)體工作機(jī)理上和電路應(yīng)用組態(tài)上進(jìn)行了深入的擴(kuò)展研究，形成了一些新型的敏感元件。作為其中的部分實(shí)例，本文重點(diǎn)介紹了摻金g-硅新型熱敏電阻、力敏Z-元件以及新型V/F轉(zhuǎn)換器，供用戶分析研究與應(yīng)用開(kāi)發(fā)參考。這些新型敏感元件都具有體積小、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低、使用方便等特點(diǎn)。

二、摻金g-硅新型熱敏電阻

1．概述

用g-硅單晶制造半導(dǎo)體器件是不多見(jiàn)的，特別是用原本制造Z-元件這樣的高阻g-硅單晶來(lái)制造Z-元件以外的半導(dǎo)體器件，目前尚未見(jiàn)到報(bào)導(dǎo)。Z-元件的特殊性能，主要是由摻金高阻g-硅區(qū)﹙也就是n-i區(qū)﹚的特性所決定的，對(duì)摻金高阻g-硅的性能進(jìn)行深入地研究希望引起半導(dǎo)體器件工作者的高度重視。

本部分從對(duì)摻金g-硅的特性深入研究入手，開(kāi)發(fā)出一種新型的熱敏元件，即摻金g-硅熱敏電阻。介紹了該新型熱敏電阻的工作原理、技術(shù)特性和應(yīng)用特點(diǎn)。

2．摻金g-硅熱敏電阻的工作機(jī)理

“摻金g-硅熱敏電阻”簡(jiǎn)稱摻金硅熱敏電阻，它是在深入研究Z-元件微觀工作機(jī)理的基礎(chǔ)上，按新的結(jié)構(gòu)和新的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)制造的，在溫度檢測(cè)與控制領(lǐng)域提供了一種新型的溫敏元件。

為了熟悉并正確使用這種新型溫敏元件，必須首先了解它的工作機(jī)理。Z-元件是其N區(qū)被重?fù)诫s補(bǔ)償?shù)母男詐N結(jié)，即在高阻硅材料上形成的pN結(jié)，又經(jīng)過(guò)重金屬補(bǔ)償，因而它具有特殊的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和特殊的伏安特性。圖1為Z-元件的正向伏安特性曲線，圖2為Z-元件的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖。

由圖1可知，Z-元件具有一條“L”型伏安特性[1]，該特性可分成三個(gè)工作區(qū)：M1高阻區(qū)，M2負(fù)阻區(qū)，M3低阻區(qū)。其中，高阻的M1區(qū)對(duì)溫度具有較高的靈敏度，自然成為研制摻金g-硅熱敏電阻的主要著眼點(diǎn)。

從圖2可知，Z-元件的結(jié)構(gòu)依次是：金屬電極層—p+歐姆接觸區(qū)—p型擴(kuò)散區(qū)—p-N結(jié)結(jié)面—低摻雜高補(bǔ)償N區(qū)，即n-.i區(qū)—n+歐姆接觸區(qū)—金層電極層。可見(jiàn)Z-元件是一種改性pN結(jié)，它具有由p+-p-n-.i-n+構(gòu)成的四層結(jié)構(gòu)，其中核心部位是N型高阻硅區(qū)n-.i，特稱為摻金g-硅區(qū)。摻金g-硅區(qū)的建立為摻金g-硅熱敏電阻奠定了物理基礎(chǔ)。

Z-元件在正偏下的導(dǎo)電機(jī)理是基于一種“管道擊穿”和“管道雪崩擊穿”的模型[2]。Z-元件是一種pN結(jié)，對(duì)圖2所示的Z-元件結(jié)構(gòu)可按p-N結(jié)經(jīng)典理論加以分析，因而在p-n-.i兩區(qū)中也應(yīng)存在一個(gè)自建電場(chǎng)區(qū)。該電場(chǎng)區(qū)因在p區(qū)很薄，自建電場(chǎng)區(qū)主要體現(xiàn)在n-.i區(qū)，且?guī)缀跽紦?jù)了全部n-.i型區(qū)，這樣寬的電場(chǎng)區(qū)其場(chǎng)強(qiáng)是很弱的，使得Z-元件呈現(xiàn)了高阻特性。如果給Z-元件施加正向偏壓，這時(shí)因正向偏壓的電場(chǎng)方向同Z-元件內(nèi)部自建電場(chǎng)方向是相反的，很小的正向偏壓便抵消了自建電場(chǎng)。這時(shí)按經(jīng)典的pN結(jié)理論分析，本應(yīng)進(jìn)入正向?qū)顟B(tài)，但由于Z-元件又是一種改性的pN結(jié)，其n-.i型區(qū)是經(jīng)重金屬摻雜的高補(bǔ)償區(qū)，由于載流子被重金屬陷阱所束縛，其電阻值在兆歐量級(jí)，其正向電流很小，表現(xiàn)在“L”曲線是線性電阻區(qū)即“M1”區(qū)。這時(shí)，如果存在溫度場(chǎng)，由于熱激發(fā)的作用使重金屬陷阱中釋放的載流子不斷增加，并參與導(dǎo)電，必然具有較高的溫度靈敏度。在M1區(qū)尚末形成導(dǎo)電管道，如果施加的正向偏壓過(guò)大，將產(chǎn)生“管道擊穿”，甚至“管道雪崩擊穿”，將破壞了摻金g-硅新型熱敏電阻的熱阻特性，這是該熱敏電阻的特殊問(wèn)題。

在這一理論模型的指導(dǎo)下，不難想到，如果將Z-元件的n-.i區(qū)單獨(dú)制造出來(lái)，肯定是一個(gè)高靈敏度的熱敏電阻（由于半導(dǎo)體伴生著光效應(yīng)，當(dāng)然也是一個(gè)光敏感電阻），由此可構(gòu)造出摻金g-硅新型熱敏電阻的基本結(jié)構(gòu)，如圖3所示。由于摻金g-硅新型熱敏電阻不存在pN結(jié)，其中n-.i層就是摻金g-硅，它并不是Z-元件的n-.i區(qū)。測(cè)試結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)的電特性就是一個(gè)熱敏電阻。該熱敏電阻具有NTC特性，它與現(xiàn)行NTC熱敏電阻相比，具有較高的溫度靈敏度。

3．摻金g-硅熱敏電阻的生產(chǎn)工藝

摻金g-硅熱敏電阻的生產(chǎn)工藝流程如圖4工藝框圖所示?？梢钥闯?，該生產(chǎn)工藝過(guò)程與Z-元件生產(chǎn)工藝的最大區(qū)別，就是不做p區(qū)擴(kuò)散，所以它不是改性pN結(jié)，又與現(xiàn)行NTC熱敏電阻的生產(chǎn)工藝完全不同，這種摻金g-硅新型熱敏電阻使用的特殊材料和特殊工藝決定了它的性能與現(xiàn)行NTC熱敏感電阻相比具有很大區(qū)別，其性能各有優(yōu)缺點(diǎn)。

4．摻金g-硅熱敏電阻與NTC熱敏電阻的性能對(duì)比

從上述結(jié)構(gòu)模型和工藝過(guò)程分析可知，摻金g-硅層是由金擴(kuò)入而形成的高補(bǔ)償?shù)腘型半導(dǎo)體，不存在pN結(jié)的結(jié)區(qū)。它的導(dǎo)電機(jī)理就是在外電場(chǎng)作用下未被重金屬補(bǔ)償?shù)氖Ｓ嗟氖┲麟娮訁⑴c導(dǎo)電以及在外部熱作用下使金陷阱中的電子又被激活而參與導(dǎo)電，而呈現(xiàn)的電阻特性。由于原材料是高阻g-硅，原本施主濃度就很低，又被陷阱捕獲一些，剩余電子也就很少很少。參與導(dǎo)電的電子主要是陷阱中被熱激活的電子占絕對(duì)份額。也就是說(shuō)，摻金g-硅熱敏電阻在一定的溫度下的電阻值，是決定于工藝流程中金擴(kuò)的濃度。研制實(shí)踐中也證明了這一理論分析。不同的金擴(kuò)濃度可以得到幾千歐姆到幾兆歐姆的電阻值。金擴(kuò)散成為產(chǎn)品質(zhì)量與性能控制的關(guān)健工序。

我們認(rèn)為，由于摻金g-硅熱敏電阻的導(dǎo)電機(jī)理與現(xiàn)行的NTC熱敏電阻的導(dǎo)電機(jī)理完全不同，所以特性差別很大，也存在各自不同的優(yōu)缺點(diǎn)。摻金g-硅熱敏電阻的優(yōu)點(diǎn)是：生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本低，易于大批量生產(chǎn)，阻值范圍寬（從幾千歐姆到幾兆歐姆），靈敏度高，特別是低于室溫的低溫區(qū)段比NTC熱敏電阻要高近一個(gè)量級(jí)。其缺點(diǎn)是：一批產(chǎn)品中電阻值的一致性較差、線性度不如NTC，使用電壓有閾值限制，超過(guò)閾值時(shí)會(huì)出現(xiàn)負(fù)阻。

摻金g-硅新型熱敏電阻與NTC熱敏電阻的電阻溫度靈敏度特性對(duì)比如圖5所示。

在不同溫度下，溫度靈敏度的實(shí)測(cè)值對(duì)比如表1所示。

摻金g-硅熱敏電阻是一種新型溫敏元件。本文雖作了較詳細(xì)的工作機(jī)理分析，但現(xiàn)在工藝尚未完全成熟，愿與用戶合作，共同探討，通過(guò)工藝改進(jìn)與提高，使這一新型元件早日成熟，推向市場(chǎng)，為用戶服務(wù)。

三、力敏Z-元件

1．概述 “力”參數(shù)的檢測(cè)與控制在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。力敏元件及其相應(yīng)的力傳感器可直接測(cè)力，通過(guò)力也可間接檢測(cè)許多其它物理參數(shù)，如重量，壓力、氣壓、差壓、流量、位移、速度、加速度、角位移、角速度、角加速度、扭矩、振動(dòng)等，在機(jī)械制造、機(jī)器人、工業(yè)控制、農(nóng)業(yè)氣象、醫(yī)療衛(wèi)生、工程地質(zhì)、機(jī)電一體化產(chǎn)品以及其它國(guó)民經(jīng)濟(jì)裝備領(lǐng)域中，具有廣泛的用途。

在力參數(shù)的檢測(cè)與控制領(lǐng)域中，現(xiàn)行的各種力敏元件或力傳感器，包括電阻應(yīng)變片、擴(kuò)散硅應(yīng)變片、擴(kuò)散硅力傳感器等，嚴(yán)格說(shuō)，應(yīng)稱為模擬力傳感器。它只能輸出模擬信號(hào)，輸出幅值小，靈敏度低是它的嚴(yán)重不足。這三種力敏元件或力傳感器，為了與數(shù)字計(jì)算機(jī)相適應(yīng)，用戶不得不采取附加的數(shù)字化方法（即加以放大和A/D轉(zhuǎn)換）才能與數(shù)字計(jì)算機(jī)相連接，使用極其不便，也增加了系統(tǒng)的成本。

Z-元件能以極其簡(jiǎn)單的電路結(jié)構(gòu)直接輸出數(shù)字信號(hào)，非常適合研制新型數(shù)字傳感器[1]，其中也包括力數(shù)字傳感器。這種力數(shù)字傳感器輸出的數(shù)字信號(hào)（包括開(kāi)關(guān)信號(hào)和脈沖頻率信號(hào)），不需A/D轉(zhuǎn)換，就可與計(jì)算機(jī)直接通訊，為傳感器進(jìn)一步智能化和網(wǎng)絡(luò)化提供了方便。

我們?cè)谏钊胙芯縕-元件工作機(jī)理的基礎(chǔ)上，初步研制成功力敏Z-元件，但目前尚不成熟，歡迎試用與合作開(kāi)發(fā)這一新器件，實(shí)現(xiàn)力檢測(cè)與控制領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新。

2．力敏Z-元件的伏安特性

如前所述，力敏Z-元件也是一種其N區(qū)被重?fù)诫s補(bǔ)償?shù)母男詐N結(jié)。力敏Z-元件的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)如圖6(a)所示。按本企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電路符號(hào)如圖6(b)所示，圖中“+”號(hào)表示pN結(jié)p區(qū)，即在正偏使用時(shí)接電源正極。圖6(c)為正向“L”型伏安特性，與其它Z-元件一樣該特性也分成三個(gè)工作區(qū)：M1高阻區(qū)，M2負(fù)阻區(qū)，M3低阻區(qū)。描述這個(gè)特性有四個(gè)特征參數(shù)：Vth為閾值電壓，Ith為閾值電流，Vf為導(dǎo)通電壓，If為導(dǎo)通電流。

M1區(qū)動(dòng)態(tài)電阻很大，M3區(qū)動(dòng)態(tài)電阻很?。ń诹悖瑥腗1區(qū)到M3區(qū)的轉(zhuǎn)換時(shí)間很短（微秒級(jí)），Z-元件具有兩個(gè)穩(wěn)定的工作狀態(tài)：“高阻態(tài)”和“低阻態(tài)”，工作的初始狀態(tài)可按需要設(shè)定。若靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)定在M1區(qū)，Z-元件處于穩(wěn)定的高阻狀態(tài)，作為開(kāi)關(guān)元件在電路中相當(dāng)于“阻斷”。若靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)定在M3區(qū)，Z-元件將處于穩(wěn)定的低阻狀態(tài)，作為開(kāi)關(guān)元件在電路中相當(dāng)于“導(dǎo)通”。在正向伏安特性上p點(diǎn)是一個(gè)特別值得關(guān)注的點(diǎn)，特稱為閥值點(diǎn)，其坐標(biāo)為：p(Vth，Ith)。p點(diǎn)對(duì)外部力作用十分敏感，其靈敏度要比伏安特性上其它諸點(diǎn)要高許多。利用這一性質(zhì)，可通過(guò)力作用，促成工作狀態(tài)的一次性轉(zhuǎn)換或周而復(fù)始地轉(zhuǎn)換，就可分別輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)或脈沖頻率信號(hào)。

3．力敏Z-元件的電路結(jié)構(gòu)

力敏Z-元件的應(yīng)用電路十分簡(jiǎn)單，利用其“L”型伏安特性，在力載荷的作用下，很容易獲得開(kāi)關(guān)量輸出或脈沖頻率輸出。力敏Z-元件的基本應(yīng)用電路如圖7所示。其中，圖7(a)為開(kāi)關(guān)量輸出，圖7(b)為脈沖頻率輸出。其輸出波形分別如圖8和圖9所示。

在圖7所示的應(yīng)用電路中，電路的結(jié)構(gòu)特征是：力敏Z-元件與負(fù)載電阻相串聯(lián)，負(fù)載電阻RL用于限制工作電流，并取出輸出信號(hào)。Z-元件應(yīng)用開(kāi)發(fā)的基本工作原理就在于通過(guò)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)內(nèi)部導(dǎo)電管道的力調(diào)變效應(yīng)，使工作電流發(fā)生變化，從而改變Z-元件與負(fù)載電阻RL之間的壓降分配，獲得不同波形的輸出信號(hào)。

（1）力敏Z-元件的開(kāi)關(guān)量輸出

在圖7(a)所示的電路中，通過(guò)E和RL設(shè)定工作點(diǎn)Q，如圖6﹙c﹚所示。若工作點(diǎn)選擇在M1區(qū)時(shí)，力敏Z-元件處于小電流的高阻工作狀態(tài)，輸出電壓為低電平。由于力敏Z-元件的閾值電壓Vth對(duì)力載荷F具有很高的靈敏度，當(dāng)力載荷F增加時(shí)，閾值點(diǎn)p向左推移，使Vth減小，當(dāng)力載荷F增加到某一閾值Fth時(shí)，力敏Z-元件上的電壓VZ恰好滿足狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件[1]，即VZ=Vth，力敏Z-元件將從M1區(qū)跳變到M3區(qū)，處于大電流的低阻工作狀態(tài)，輸出電壓為高電平。在RL上可得到從低電平到高電平的上跳變開(kāi)關(guān)量輸出，如圖8(a)所示。如果在圖7(a)所示電路中，把力敏Z-元件與負(fù)載電阻RL互換位置，則可得到由高電平到低電平的下跳變開(kāi)關(guān)量輸出，如圖8(b)所示。無(wú)論是上跳變或下跳變開(kāi)關(guān)量輸出，VO的跳變幅值均可達(dá)到電源電壓E的40~50%。

開(kāi)關(guān)量輸出的力敏Z-元件可用作力敏開(kāi)關(guān)、力報(bào)警器或力控制器。

（2）力敏Z-元件的脈沖頻率輸出

由于力敏Z-元件的伏安特性隨外部激勵(lì)改變而改變，只要滿足狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件，就可實(shí)現(xiàn)力敏Z-元件工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。如果滿足狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件，實(shí)現(xiàn)Z-元件工作狀態(tài)的一次性轉(zhuǎn)換，負(fù)載電阻RL上可輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)；同理，如果滿足狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件，設(shè)法實(shí)現(xiàn)力敏Z-元件工作狀態(tài)的周期性轉(zhuǎn)換，則負(fù)載電阻RL上就可輸出脈沖頻率信號(hào)。

脈沖頻率輸出電路如圖7(b)所示。在圖7(b)電路中，力敏 Z-元件與電容器C并聯(lián)。由于力敏Z-元件具有負(fù)阻效應(yīng)，且有兩個(gè)工作狀態(tài)，當(dāng)并聯(lián)以電容后，通過(guò)RC充放電作用，構(gòu)成RC振蕩回路，因此在輸出端可得到與力載荷成比例變化的脈沖頻率信號(hào)輸出。其輸出波形如圖9(a)所示。輸出頻率的大小與E、RL、C取值有關(guān)，也與力敏Z-元件的閾值電壓Vth值有關(guān)。當(dāng)E、RL、C參數(shù)確定后，輸出頻率僅與Vth有關(guān)，而Vth對(duì)力作用很敏感，可得到較高的力靈敏度。初步測(cè)試結(jié)果表明：電容器C選擇范圍在0.01~1.0mF，負(fù)載電阻在5~20kW，較為合適。

同理，若把力敏Z-元件（連同輔助電容器C）與負(fù)載電阻RL互換位置，其輸出頻率仍與力載荷成比例，波形雖為鋸齒波，但與圖9﹙a﹚完全不同，如圖9(b)所示。

4．力敏Z-元件的機(jī)械結(jié)構(gòu)與施力方式

力敏Z-元件芯片體積很小，施加外力載荷時(shí)，必須通過(guò)某種彈性體作為依托。當(dāng)力載荷作用于彈性體時(shí)，使芯片內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，此內(nèi)應(yīng)力可改變力敏Z-元件的工作狀態(tài)（從低阻態(tài)到高阻態(tài)，或者從高阻態(tài)到低阻態(tài)），從而使輸出端產(chǎn)生開(kāi)關(guān)量輸出或脈沖頻率輸出。作為彈性體可以采用條形或園形膜片，材質(zhì)可以是磷銅、合金鋼或其它彈性材料。無(wú)論采用哪種彈性體，力敏Z-元件的受力方式目前理論上可歸結(jié)為兩種基本結(jié)構(gòu)：即懸臂式結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)支式結(jié)構(gòu)，其示意圖如圖10所示。為便于研究力敏Z-元件受力后的應(yīng)力應(yīng)變特征，結(jié)構(gòu)放大示意如圖11所示。

如前所述，Z-元件在外加電場(chǎng)作用下，在N區(qū)可產(chǎn)生“導(dǎo)電管道”，該導(dǎo)電管道在外部激勵(lì)作用下，可產(chǎn)生“管道調(diào)變效應(yīng)[2]，由圖11可知，對(duì)力敏Z-元件來(lái)說(shuō)，其p區(qū)很薄，N區(qū)相對(duì)較厚，焊接層的厚度可忽略不計(jì)，因而，在力載荷作用下的管道調(diào)變效應(yīng)必將發(fā)生在N區(qū)。當(dāng)力載荷作為一種外部激勵(lì)作用于彈性體時(shí)，使彈性體產(chǎn)生一定的撓度，在半導(dǎo)體晶格內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)電管道受到力調(diào)變作用，使N區(qū)電阻發(fā)生變化，改變了力敏Z-元件的伏安特性，使閾值點(diǎn)p產(chǎn)生偏移，閾值電壓Vth將發(fā)生變化。

實(shí)驗(yàn)表明，由于封裝結(jié)構(gòu)和受力方式的不同，可產(chǎn)生如圖12和圖13所示兩種方式的應(yīng)力應(yīng)變。若靜態(tài)工作點(diǎn)Q設(shè)置在M3區(qū)，施加的力載荷使N區(qū)產(chǎn)生“壓”應(yīng)力，N區(qū)晶格被壓縮，導(dǎo)電管道變“細(xì)”，正偏使用時(shí)電阻值將增加，因伏安特性的改變使閾值點(diǎn)p右移，Vth增加。當(dāng)力載荷F增加到某一特定閾值Fth時(shí)，閾值點(diǎn)p向右移至負(fù)載線的右側(cè)，力敏Z-元件將從低阻M3區(qū)跳變到高阻M1區(qū)，如圖12所示。

同理，若靜態(tài)工作點(diǎn)Q設(shè)置在M1區(qū)，施加的力載荷使N區(qū)產(chǎn)生“拉”應(yīng)力，N區(qū)晶格被拉伸，導(dǎo)電管道變“粗”，正偏使用時(shí)電阻值將減小，因伏安特性的變化使閾值點(diǎn)p左移，Vth減小。當(dāng)力載荷F增加到某一特定閾值Fth時(shí)，閾值點(diǎn)p左移至負(fù)載線上，力敏Z-元件將從高阻M1區(qū)跳變到低阻M3區(qū)，如圖13所示。

上述分析可知，力敏Z-元件在不同封裝結(jié)構(gòu)和不同受力方式下，可產(chǎn)生工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，可按設(shè)計(jì)需要輸出不同的跳變信號(hào)，可用作力敏開(kāi)關(guān)、力報(bào)警器或力控制器。在實(shí)際應(yīng)用中，可通過(guò)電源電壓E或負(fù)載電阻RL來(lái)設(shè)定力載荷的閾值Fth，但由于跳變閾值與力敏Z-元件的制造工藝、芯片尺寸、封裝結(jié)構(gòu)、彈性體材質(zhì)與厚度、受力點(diǎn)的位置等諸多因素有關(guān)，許多問(wèn)題尚需進(jìn)一步研究與探討。

力敏Z-元件具有M2區(qū)的負(fù)阻特性，并具有兩個(gè)穩(wěn)定的工作狀態(tài)是脈沖頻率輸出的基礎(chǔ)。借助輔助電容器C，按圖7(b)所示電路，通過(guò)RC的充放電作用，可實(shí)現(xiàn)力敏Z-元件工作狀態(tài)的周而復(fù)始的轉(zhuǎn)換，采用圖12﹙a﹚、﹙b﹚或圖13﹙a﹚、﹙b﹚的結(jié)構(gòu)和受力方式，都可輸出脈沖頻率信號(hào)，輸出頻率與力載荷成比例，其輸出波形如圖9(a)或圖9(b)所示，分析從略。

作為設(shè)計(jì)實(shí)例，力敏Z-元件樣件1#與樣件2#，經(jīng)加載與卸載實(shí)驗(yàn)，其脈沖頻率輸出的測(cè)試結(jié)果如下，供分析研究參考： 力敏Z-元件特征參數(shù): Vth=10V, Ith=1mA, Vf=4.5V(測(cè)試條件: T=25℃, RL=5kW)

芯片尺寸：2′5′0.3mm，采用簡(jiǎn)支式結(jié)構(gòu)，兩支點(diǎn)距離為10mm；中間受力，應(yīng)力應(yīng)變方式為N區(qū)受壓應(yīng)力；條狀p銅彈性體，厚度為0.2mm；試驗(yàn)環(huán)境溫度為25.4℃。測(cè)試數(shù)據(jù)如表2所示。，樣件2#﹙加載﹚所測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算機(jī)繪圖可得回歸線如圖14所示。由于封裝結(jié)構(gòu)尚未定型測(cè)試數(shù)據(jù)有一定誤差，但初步實(shí)驗(yàn)表明，在這種施力方式下，輸出頻率f與力載荷成正比，在一定施力范圍內(nèi)近似呈線性關(guān)系，且回差較小。隨力載荷量程加大，非線性度要增加?；貧w處理后，力的平均頻率靈敏度SF為：

Hz/g

約每10g 改變1Hz。力靈敏度和回差是力敏Z-元件的重要技術(shù)指標(biāo)。需要指出的是：靈敏度和回差與力敏Z-元件的特征參數(shù)、形狀與尺寸、彈性體材質(zhì)與厚度、封裝結(jié)構(gòu)以及受力方式等諸多因素有關(guān)。許多問(wèn)題也需進(jìn)一步研究與探討。需按用戶需求進(jìn)行結(jié)構(gòu)定型與標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。

四、新型V/F轉(zhuǎn)換器

1．概述

目前正在研制或在線使用的各種傳統(tǒng)傳感器，因只能輸出模擬電壓或模擬電流信號(hào)，應(yīng)稱為模擬傳感器。模擬傳感器是模擬儀表或模擬信訊時(shí)代的產(chǎn)物，主要缺點(diǎn)是輸出幅值小，靈敏度低，不能與數(shù)字計(jì)算機(jī)直接通訊。人類進(jìn)入數(shù)字信息化時(shí)代后，以數(shù)字技術(shù)支撐的數(shù)字計(jì)算機(jī)已十分普及，現(xiàn)代數(shù)字計(jì)算機(jī)要求處理數(shù)字信號(hào)，而模擬傳感器因受材料、器件的限制，仍只能輸出低幅值的模擬信號(hào)，不能與計(jì)算機(jī)直接通訊，已成為制約信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。為了使模擬傳感器能與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊，目前是采取把輸出信號(hào)進(jìn)行放大再加以A/D轉(zhuǎn)換，即把現(xiàn)行的模擬傳感器加以數(shù)字化的方法來(lái)與數(shù)字計(jì)算機(jī)相適應(yīng)。雖然在信息采集與處理過(guò)程中電路復(fù)雜，硬件成本增加，但由于目前能直接輸出數(shù)字信號(hào)的數(shù)字傳感器為數(shù)不多，這種模擬傳感器數(shù)字化的方法仍發(fā)揮著巨大的作用。

本部分利用Z-元件構(gòu)成一種新型的V/F轉(zhuǎn)換器，它能把模擬傳感器輸出的電壓信號(hào)變成能被數(shù)字計(jì)算機(jī)識(shí)別的頻率信號(hào)，提供了一種模擬傳感器數(shù)字化的新方法。該方法與采用A/D轉(zhuǎn)換器方案相比，具有電路簡(jiǎn)單、成本低、體積小、輸出幅值大、靈敏度高、輸出線性度好、能與計(jì)算機(jī)直接通訊等一系列優(yōu)點(diǎn)，可做為模擬傳感器與計(jì)算機(jī)之間的重要接口，在信息產(chǎn)業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景。

2．電路組成與工作原理

Z-元件是一種新型的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件，當(dāng)其兩端電壓達(dá)到一定閾值(即閾值電壓Vth)時(shí)，可從高阻狀態(tài)跳變到低阻狀態(tài)；而當(dāng)其兩端電壓小于一定閾值(即導(dǎo)通電壓Vf)時(shí)，又可從低阻狀態(tài)跳變到高阻狀態(tài)。利用這一特性可方便地開(kāi)發(fā)V/F轉(zhuǎn)換器。

由Z-元件構(gòu)成的V/F轉(zhuǎn)換器如圖15(a)所示，圖15(b)為其中Z-元件的電路符號(hào)。在圖15(a)所示電路中以電壓E為輸入，由于RL、C和Z-元件之間的充、放電作用，使電路始終處于自激振蕩狀態(tài)，其振蕩頻率f與輸入電壓E成正比，波形為鋸齒波，其輸出幅值可以很大，由選定的Z-元件參數(shù)而定。實(shí)現(xiàn)了模擬信號(hào)(電壓E)到數(shù)字信號(hào)(頻率f)的轉(zhuǎn)換，可用于數(shù)字系統(tǒng)的觸發(fā)。由于輸出幅值大，它不需放大就可實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的直接通訊。

3．V/F轉(zhuǎn)換器的傳輸特性

當(dāng)基準(zhǔn)溫度TS=20℃時(shí)，輸入電壓E與輸出頻率f之間的傳輸特性如圖16所示。由圖16可知該傳輸特性具有良好的線性關(guān)系，其中Emin~Emax(相應(yīng)于MN區(qū)間)是工作電壓的極限范圍，AB區(qū)間為可靠的工作量程范圍，它決定于模擬傳感器的輸出和V/F轉(zhuǎn)換電路的參數(shù)設(shè)計(jì)。

由于Z-元件是半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件，構(gòu)成V/F轉(zhuǎn)換器時(shí)，對(duì)溫度也具有一定的靈敏度，即溫度漂移。該溫度漂移具有正溫度系數(shù)，一般小于10Hz∕°C，當(dāng)環(huán)境溫度變化較大時(shí)，將引起檢測(cè)誤差。

如果該誤差在允許范圍內(nèi)，可不做溫度補(bǔ)償。如果要求檢測(cè)精度較高，特別是在高精度計(jì)量使用時(shí)，應(yīng)考慮溫度補(bǔ)償技術(shù)。

由溫漂引起的相對(duì)誤差與輸出頻率范圍(即量程)有關(guān)。若輸出頻率較高，相對(duì)誤差較小，若輸出頻率較低，則相對(duì)誤差較大。如果假定環(huán)境溫度有±10℃的變化，引起輸出頻率變化的絕對(duì)誤差為Df=100Hz，按全量程輸出頻率的平均值為f=2000Hz設(shè)計(jì)，這時(shí)由溫漂引起的相對(duì)誤差d=±0.5%/℃，可滿足一般計(jì)量精度要求。為進(jìn)一步提高計(jì)量精度，必須采取溫度補(bǔ)償技術(shù)[4]。

參考文獻(xiàn)：

[1].傅云鵬等，Z-半導(dǎo)體敏感元件原理與應(yīng)用-(1)Z-元件及其應(yīng)用開(kāi)發(fā)綜述，傳感器世界，2001．2

[2].周長(zhǎng)恩等，Z-半導(dǎo)體敏感元件原理與應(yīng)用-(2)Z-元件的研制實(shí)踐與工作機(jī)理的定性分析，傳感器世界，2001．4

[3].王健林等，Z-半導(dǎo)體敏感元件原理與應(yīng)用-(3)溫敏Z-元件及其應(yīng)用，傳感器世界，2001．6

[4].傅云鵬等，Z-半導(dǎo)體敏感元件原理與應(yīng)用-(5)Z-元件的溫度補(bǔ)償技術(shù)，傳感器世界，2001．10

The Review of Z-element-(6)

Extension of Z-element’s Characteristics and Applications

Abstract：The Z-elements possess potential ability for further development.By researching the characteristics deeply, some new application can be developed.In this paper , some new type sensitive semiconductor are introduced such as impure gold g-Si thermistor, force-Z-sensor and V/F converter, which are developed by researching the work mechanism of Z-element deeply on the basis of Z-thermistor, photo-Z-element and magnito-Z-element.These elements possess many advantages such as simpler manufacturing technique, smaller volume and lower cost.In this paper, the characteristics, typical circuits and work principles of these new products are thoroughly introduced too.Keywords：Thermistor, Impure gold g-Si thermistor, Z-element, Force-Z-sensor, V/F converter..文章

來(lái)源蓮山

課 件 w w w.5y K J.Co m 5

第二篇：植物莖稈力學(xué)特性研究論文

摘要：從壓縮、剪切、彎曲等不同力學(xué)試驗(yàn)類型入手，對(duì)目前農(nóng)作物莖稈力學(xué)性能研究進(jìn)程進(jìn)行探究，在今后研究中，應(yīng)注重試驗(yàn)方法的探究，不斷加大對(duì)農(nóng)作物莖稈力學(xué)性能研究力度，建立植物莖稈力學(xué)模型，注重實(shí)現(xiàn)莖稈力學(xué)特性測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)化。

關(guān)鍵詞：農(nóng)作物；莖稈；力學(xué)實(shí)驗(yàn)

隨著科技的發(fā)展，農(nóng)作物機(jī)械化生產(chǎn)已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，通過(guò)力學(xué)實(shí)驗(yàn)獲取農(nóng)作物莖稈的力學(xué)參數(shù)，為農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的研制提供理論支撐。李玉道等[1]通過(guò)對(duì)不同含水率、不同時(shí)期內(nèi)棉花莖稈剪切強(qiáng)度與剪切功的變化規(guī)律探進(jìn)行探究，獲取了棉花莖稈收獲的最佳時(shí)期，晏科滿等[2]通過(guò)對(duì)苧麻莖稈的沖擊斷裂能進(jìn)行探究，得知沖擊斷裂能在莖稈下部達(dá)到最大值，為后期苧麻莖稈分離機(jī)械的研制提供理論支撐。陳燕等[3]指出峰值切割力和切割強(qiáng)度與刀片切割速度以及切割角度存在密切關(guān)系，凹刃和凸刃的峰值切割力和切割強(qiáng)度都比平刃小。為后期荔枝采摘機(jī)器人切割機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。薛忠等[4]通過(guò)對(duì)木薯莖稈力學(xué)性能進(jìn)行探究，獲取了木薯莖桿軸向以及徑向力學(xué)性能的變化規(guī)律，為后期設(shè)計(jì)木薯收獲機(jī)械提供理論支撐；X.Mou等[5]采用WDE-500N精密型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)甘蔗葉鞘力學(xué)性能進(jìn)行探究。獲取葉鞘最大縱向抗拉強(qiáng)度、最大橫向抗拉強(qiáng)度和最大剪切強(qiáng)度等力學(xué)參數(shù)，并給出了甘蔗葉鞘破壞準(zhǔn)則，提出合理有效的甘蔗葉鞘破壞形式，研制出甘蔗葉鞘剝離機(jī)械，剝?nèi)~效果良好。

1力學(xué)實(shí)驗(yàn)的研究進(jìn)展

1.1壓縮實(shí)驗(yàn)

壓縮實(shí)驗(yàn)對(duì)于農(nóng)作物機(jī)械化收割過(guò)程中降低作物破損率和研究農(nóng)作物的抗倒伏性能具有重要意義。目前，在對(duì)植物莖稈進(jìn)行壓縮性能探究時(shí)，主要分為不同方向壓縮實(shí)驗(yàn)和不同部位壓縮實(shí)驗(yàn)兩種形式。

1.1.1不同方向的壓縮實(shí)驗(yàn)薛忠等[6]和楊望[7]分別對(duì)木薯做了軸向和徑向的壓縮實(shí)驗(yàn)，得知莖稈軸向抗壓強(qiáng)度大于徑向；吳良軍等[8]在荔枝樹(shù)枝壓縮性能試驗(yàn)探究中得知，荔枝樹(shù)枝順紋抗壓強(qiáng)度明顯高于橫紋抗壓強(qiáng)度。陳燕等[9]通過(guò)對(duì)荔枝整果壓縮性能進(jìn)行試驗(yàn)探究，得出水平方向所能承受的壓力和變形均低于垂直方向。

1.1.2不同部位壓縮實(shí)驗(yàn)莖稈不同部位材料的木質(zhì)化程度、直徑、含水率不同，導(dǎo)致力學(xué)性能存在差異。王偉等[10]通過(guò)對(duì)不同部位木薯莖稈進(jìn)行壓縮試驗(yàn)得知：生長(zhǎng)部位對(duì)木薯軸向壓縮性能有極顯著影響，對(duì)木薯莖稈徑向力學(xué)性能無(wú)顯著影響；何曉麗等[11]研究發(fā)現(xiàn)，大豆莖稈的最大承載能力隨著高度的增加而不斷的減少，抗壓強(qiáng)度沿高度變化趨勢(shì)總體不大。杜先軍[12]等通過(guò)順紋壓縮實(shí)驗(yàn)，得知棉花莖稈底部壓縮功最大。Heidari等[13]研究發(fā)現(xiàn)，百合屬莖稈上部單位壓縮能量和壓縮強(qiáng)度最小，莖稈底部最大。通過(guò)對(duì)莖稈軸向和徑向，順紋和橫紋進(jìn)行壓縮試驗(yàn)，可為后期莖稈采摘裝置的設(shè)計(jì)，本構(gòu)關(guān)系建立以及動(dòng)力學(xué)仿真提供依據(jù)。而通過(guò)對(duì)莖稈不同部位力學(xué)性能的研究，對(duì)于莖稈整體力學(xué)性能的探究將起到積極的促進(jìn)作用。

1.2剪切試驗(yàn)

農(nóng)作物的機(jī)械化采摘一般通過(guò)莖稈的剪切實(shí)現(xiàn)。剪切實(shí)驗(yàn)的建立對(duì)于農(nóng)作物在收割過(guò)程中剪切功的降低具有重要的意義，目前雙面剪切和單面剪切是兩種較為常用的剪切實(shí)驗(yàn)形式。

1.2.1雙面剪切實(shí)驗(yàn)作物莖稈剪切特性受成熟期、莖稈直徑、品種、含水率和微觀結(jié)構(gòu)等多種因素的影響[14]。李玉道等[1]通過(guò)對(duì)棉花秸稈剪切實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，含水率是引起棉花秸稈剪切強(qiáng)度變化的重要因素。薛忠等[6]對(duì)木薯莖稈不同部位、不同方向的力學(xué)性能進(jìn)行探究，指出木薯莖稈同一部位軸向剪切強(qiáng)度值明顯低于徑向剪切強(qiáng)度值；木薯莖稈同一方向下部剪切強(qiáng)度值高于中部與上部；王軍等[15]在豌豆莖稈力學(xué)性能探究中得知莖稈抗剪強(qiáng)度較強(qiáng)的部位為莖稈中部。吳良軍等[16]通過(guò)對(duì)龍眼樹(shù)枝進(jìn)行切割實(shí)驗(yàn)，得出在切割力最小時(shí)，切割速度、切割間隙、動(dòng)刀刃角的具體數(shù)值。李小城等[17]通過(guò)對(duì)不同品種小麥莖稈進(jìn)行剪切試驗(yàn)，探究出小麥莖稈受剪切載荷時(shí)力值變化趨勢(shì)。

1.2.2單面剪切實(shí)驗(yàn)Johnson等[18]通過(guò)對(duì)奇崗莖稈的剪切性能進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)60°斜角時(shí)單位剪切能較低。鄧玲黎等[19]通過(guò)自制的圓盤式玉米莖稈切割試驗(yàn)臺(tái)，對(duì)影響切割過(guò)程的切割角度以及切割速度等參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)單因素和組合設(shè)計(jì)試驗(yàn)，探尋了最優(yōu)的切割組合。趙春花等[20]通過(guò)對(duì)不同品種豆禾牧草進(jìn)行砍切、斜切、滑切等探究性試驗(yàn)，得出切割速度一定時(shí)，砍切的切割阻力高于斜切。為后期牧草收獲機(jī)械的設(shè)計(jì)提供了理論支撐。在對(duì)植物莖稈剪切性能的分析量化層面，雙面剪切優(yōu)于單面剪切，但是通過(guò)對(duì)植物莖稈進(jìn)行單面剪切力學(xué)試驗(yàn)，可以根據(jù)莖稈實(shí)際的受力情況，對(duì)現(xiàn)有的切割形式、刀具形式進(jìn)行優(yōu)化。

1.3彎曲試驗(yàn)

彎曲試驗(yàn)包含三點(diǎn)彎曲與四點(diǎn)彎曲。三點(diǎn)彎曲有一個(gè)加載點(diǎn)，加載方式簡(jiǎn)單，但彎矩分布不均勻。四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)與三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)相比，結(jié)果較為準(zhǔn)確，但是存在兩個(gè)加載點(diǎn)，裝夾復(fù)雜。

1.3.1三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)姚珺等[21]通過(guò)對(duì)不同品種芒草莖稈彎曲性能進(jìn)行探究，指出在收割機(jī)械研制的進(jìn)程中，應(yīng)以湘雜芒2號(hào)第1莖稈部位的最大應(yīng)力平均值作為設(shè)計(jì)參數(shù)。楊望[7]通過(guò)對(duì)木薯塊根、莖稈進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，測(cè)定了抗彎強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)特性參數(shù)；李小城等[22]通過(guò)對(duì)不同部位小麥莖稈彎曲性能進(jìn)行探究，指出小麥莖稈抗彎剛度與加載速率、莖稈含水率等因素間存在密切聯(lián)系。劉兆朋[23]等通過(guò)對(duì)苧麻莖稈進(jìn)行三點(diǎn)彎曲力試驗(yàn)，獲取了莖稈剪切模量數(shù)值。

1.3.2四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)Obataya等[24]通過(guò)對(duì)楠竹彎曲性能進(jìn)行探究，獲得楠竹柔韌性是由于內(nèi)層木質(zhì)部能允許較大壓縮變形與外層竹纖維能承受拉應(yīng)力的共同作用。胡婷等[25-26]通過(guò)四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，獲得小麥莖稈彎曲強(qiáng)度等力學(xué)參數(shù)。羅燕等[27]通過(guò)對(duì)小麥莖稈力學(xué)性能進(jìn)行探究，指出外徑、壁厚、機(jī)械組織厚、維管束等在小麥不同生長(zhǎng)時(shí)期，對(duì)小麥莖稈抗倒伏能力的影響效果不同；孫露露等[28]在玉米莖稈力學(xué)試驗(yàn)中指出，在對(duì)不同樣本縱向彈性模量的差異進(jìn)行分析時(shí)，通常采用四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)。

2結(jié)論

（1）目前在對(duì)莖稈的力學(xué)性能進(jìn)行研究時(shí)，主要仍以工程材料中的力學(xué)參數(shù)為主，由于莖稈材料自身的特殊性，其自身的材料特性并不能得到良好的反映。

（2）在對(duì)莖稈力學(xué)性能進(jìn)行探究時(shí)，試驗(yàn)方法、試樣處理方式等還缺乏有效的參考依據(jù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性造成不利影響。因此后期應(yīng)注重試驗(yàn)方法的研究，逐漸實(shí)現(xiàn)莖稈力學(xué)測(cè)定的分類標(biāo)準(zhǔn)化。

（3）目前，莖稈力學(xué)實(shí)驗(yàn)的測(cè)定仍以基本力學(xué)參數(shù)測(cè)定為主，需進(jìn)一步對(duì)莖稈材料的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行深入研究,更好的滿足建立莖稈材料力學(xué)模型以及仿真量化計(jì)算的需要，以便于后期運(yùn)用仿真技術(shù)減少農(nóng)作物收獲機(jī)械研發(fā)周期。

第三篇：關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組元件的研究

關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組元件的研究、應(yīng)用及改進(jìn) 因?yàn)榄h(huán)保問(wèn)題的日益突出，能源供應(yīng)的漸趨緊張，而且風(fēng)力發(fā)電是新能源中技術(shù)最成熟的、最具規(guī)模開(kāi)發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式,目前其發(fā)電成本已接近常規(guī)發(fā)電方式。所以風(fēng)力發(fā)電作為一種清潔的可再生能源的發(fā)電方式，已越來(lái)越受到世界各國(guó)人民的歡迎和重視。中國(guó)的風(fēng)能資源十分豐富。目前,我國(guó)的并網(wǎng)型風(fēng)機(jī)主要由國(guó)外廠家提供的,大型風(fēng)機(jī)也只能依賴進(jìn)口或者與外商合作生產(chǎn)。在風(fēng)機(jī)制造水平上,我國(guó)生產(chǎn)的最大風(fēng)電機(jī)組功率為千瓦級(jí)別,國(guó)際主流機(jī)型兆瓦級(jí)風(fēng)電設(shè)備在我國(guó)還處于研發(fā)階段。但可以預(yù)計(jì),隨著兆瓦級(jí)風(fēng)電設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化和成功應(yīng)用推廣,中國(guó)即將成為世界風(fēng)電發(fā)展最令人矚目的國(guó)家之一。

現(xiàn)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組使用的大部分都是雙饋異步發(fā)電機(jī)，此發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電氣系統(tǒng)是由集電環(huán)與碳刷組成的換向器而實(shí)現(xiàn)的，由于接地碳刷的磨損沒(méi)有監(jiān)控或報(bào)警系統(tǒng)而使得接地碳刷的過(guò)渡磨損而導(dǎo)致集電環(huán)損壞。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察和研究發(fā)現(xiàn)：磨損的集電環(huán)基本都是ABC三相集電環(huán)輕微磨損，但接地側(cè)集電環(huán)已經(jīng)磨損嚴(yán)重不得不更換整個(gè)集電環(huán)裝置，導(dǎo)致集電環(huán)的過(guò)渡報(bào)廢，增大了風(fēng)電機(jī)的檢修維護(hù)費(fèi)用和風(fēng)電機(jī)的可利用率。如果能有效監(jiān)控或者控制接地碳刷的過(guò)渡磨損而損壞集電環(huán)裝置，現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)的解決辦法是：研究更耐磨更好性能的接地碳刷，經(jīng)過(guò)大量研究發(fā)現(xiàn)，雖然接地碳刷的性能有了很大的提高，但是不能解決集電環(huán)過(guò)渡磨損的根本性問(wèn)題，由于接地碳刷在磨損范圍內(nèi)時(shí)對(duì)集電環(huán)的磨損程度是很小的，但是如果接地碳刷過(guò)渡磨

損，導(dǎo)致碳刷連接導(dǎo)線的銅絲暴露出來(lái)后與集電環(huán)產(chǎn)生摩擦，這樣就會(huì)使得集電環(huán)快速磨損，這樣會(huì)在短時(shí)間內(nèi)使得集電環(huán)磨損嚴(yán)重。為了控制接地碳刷連接導(dǎo)線銅絲不摩擦集電環(huán)，應(yīng)該在碳刷未磨損到連接銅絲高度時(shí)產(chǎn)生接地保護(hù)信號(hào)，提示維護(hù)人員更換接地碳刷。為此特研究這種帶有磨損極限保護(hù)報(bào)警的接地碳刷，原理圖如下：

同時(shí)，風(fēng)力發(fā)電又是新能源發(fā)電技術(shù)中最成熟和最具規(guī)模開(kāi)發(fā)條件的發(fā)電方式之

一。因此，近幾年來(lái)，中國(guó)的風(fēng)力發(fā)電事業(yè)也得到了很快的發(fā)展。

1中國(guó)的風(fēng)能資源

風(fēng)能資源是由于地球表面大氣流動(dòng)形成的一種動(dòng)能資源，因此一般說(shuō)來(lái)，其特點(diǎn)是靠近地面的風(fēng)速越低，風(fēng)能就越?。欢x地面越高風(fēng)速越大，其風(fēng)能也越大，因而在估算風(fēng)能資源時(shí)，離地高度是關(guān)鍵因素之一。本文以離地10m高的風(fēng)

能估算。

由于中國(guó)幅員遼闊，海岸線長(zhǎng)，擁有豐富的風(fēng)能資源，但地形條件復(fù)雜，因此風(fēng)能資源的分布并不均勻。據(jù)中國(guó)氣象科學(xué)研究院對(duì)全國(guó)900多個(gè)氣象站測(cè)算，陸地風(fēng)能資源的理論儲(chǔ)量為32.26億kw，可開(kāi)發(fā)的風(fēng)能資源儲(chǔ)量為2.53億kw，主要集中在北部地區(qū)，包括內(nèi)蒙古、甘肅、新疆、黑龍江、吉林、遼寧、青海、西藏，以及河北等省、區(qū)。風(fēng)能資源豐富的沿海及其島嶼，其可開(kāi)發(fā)量約為10億kw，主要分布在遼寧、河北、山東、江蘇、上海、浙江、福建、廣東、廣西和海南等省、市、區(qū)。但北部地區(qū)這些省、區(qū)，由于地勢(shì)平坦、交通便利，因此有利于建設(shè)連成一片的大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)，例如新疆的達(dá)坂城風(fēng)電場(chǎng)和內(nèi)蒙古的輝

騰錫勒風(fēng)電場(chǎng)等。

2風(fēng)電的發(fā)展過(guò)程和現(xiàn)狀

中國(guó)的風(fēng)力發(fā)電是于20世紀(jì)50年代后期開(kāi)始進(jìn)行研究和試點(diǎn)工作的，當(dāng)時(shí)在吉林、遼寧、新疆等省、區(qū)建設(shè)了容量在10kw以下的小型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，但其

后就處于停滯狀態(tài)。到了20世紀(jì)70年代中期以后，在世界能源危機(jī)的影響下，特別是在農(nóng)村、牧區(qū)、海島等地方對(duì)電力迫切需求的推動(dòng)下，中國(guó)的一些地區(qū)和部門對(duì)風(fēng)力發(fā)電的研究、試點(diǎn)和推廣應(yīng)用又給予了重視與支持，但在這一階段，其風(fēng)電設(shè)備都是獨(dú)立運(yùn)行的。直到1986年，在山東榮城建成了中國(guó)第一座并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)電場(chǎng)后，從此并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)進(jìn)入了探索和示范階段，但其特點(diǎn)是規(guī)模和單機(jī)容量均較小。到1990年已建成4座并網(wǎng)型風(fēng)電場(chǎng)，總裝機(jī)容量為

4.215mw，其最大單機(jī)容量為200kw。在此基礎(chǔ)上，風(fēng)力發(fā)電從1991年起開(kāi)始步入了逐步推廣階段，到1995年，全國(guó)共建成了5座并網(wǎng)型風(fēng)電場(chǎng)，裝機(jī)總?cè)萘繛?6.1mw，最大單機(jī)容量為500kw。1996年后，風(fēng)力發(fā)電進(jìn)入了擴(kuò)大建設(shè)規(guī)模的階段，其特點(diǎn)是風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模和裝機(jī)容量均較大，最大單機(jī)容量為1300kw。從1996～2002年末，中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘恳堰_(dá)470mw。而一些省份風(fēng)電裝機(jī)容量見(jiàn)

表1。

表1一些省份2002年末風(fēng)電裝機(jī)容量

省、區(qū)容量(mw)省、區(qū)容量(mw)

遼寧102.51吉林30.06

新疆89.65甘肅16.20

廣東79.29河北13.45

內(nèi)蒙古75.84福建12.00

浙江33.05海南8.70

3風(fēng)電場(chǎng)投資成本和風(fēng)電機(jī)組的制造技術(shù)

(1)風(fēng)電場(chǎng)投資成本：

風(fēng)電場(chǎng)投資成本(單位千瓦造價(jià))是衡量風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)經(jīng)濟(jì)性的主要因素，歸納

起來(lái)有以下三個(gè)方面：

①風(fēng)電機(jī)組的制造成本，由于風(fēng)電機(jī)組是風(fēng)電場(chǎng)的主要設(shè)備，因此風(fēng)電機(jī)組的制造成本將直接關(guān)系到風(fēng)電場(chǎng)的總投資。但隨著風(fēng)電機(jī)組制造技術(shù)的不斷提高和機(jī)組性能的不斷改進(jìn)，其單機(jī)容量的不斷擴(kuò)大，這將使風(fēng)電機(jī)組單位千瓦的造

價(jià)會(huì)明顯下降，因此也隨之使風(fēng)電場(chǎng)的造價(jià)下降。

②風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)模，亦即風(fēng)電場(chǎng)的裝機(jī)容量。一般說(shuō)來(lái)，風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)模越大，其造價(jià)越低，這就是所謂規(guī)模效應(yīng)。這種規(guī)模效應(yīng)將使風(fēng)電場(chǎng)單位千瓦的配套設(shè)

施相對(duì)地下降，如與電網(wǎng)配套設(shè)施的建設(shè)費(fèi)用等。

③風(fēng)電場(chǎng)選址，這也直接關(guān)系到風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。風(fēng)電場(chǎng)選址、風(fēng)電機(jī)組定位都選得適當(dāng)，那么風(fēng)電場(chǎng)就可以多發(fā)電量，風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)性就好，若風(fēng)電場(chǎng)選在交通便利的地方，運(yùn)輸成本就可下降等，這些也將使風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)成本下降。

從中國(guó)目前風(fēng)電場(chǎng)單位千瓦的造價(jià)看，其總趨勢(shì)在不斷地下降之中，例如，20世紀(jì)90年代中期，中國(guó)風(fēng)電場(chǎng)的單位千瓦造價(jià)，還高達(dá)10000多元/kw，但到了21世紀(jì)初，單位kw的造價(jià)已降到8000多元/kw，這說(shuō)明中國(guó)風(fēng)電事業(yè)在近12年中，有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，也為今后的大發(fā)展打下了基礎(chǔ)。當(dāng)然中國(guó)的風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)成本比起發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)，還有一定的差距，不過(guò)隨著中國(guó)風(fēng)電機(jī)組制造水平的不斷提高和風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，其造價(jià)將進(jìn)一步地下降。

(2)風(fēng)電機(jī)組的制造技術(shù)：

風(fēng)電機(jī)組是風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電設(shè)備，也是風(fēng)電場(chǎng)的主要設(shè)備，其投資約占風(fēng)電場(chǎng)總投資的60%～80%，因此風(fēng)電機(jī)組的制造水平將直接反映一個(gè)國(guó)家風(fēng)電的發(fā)展

水平。

自20世紀(jì)70年代中、后期開(kāi)始，中國(guó)真正進(jìn)入了現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)階段。在這一階段中，經(jīng)過(guò)單機(jī)分散研制、重點(diǎn)攻關(guān)、實(shí)用推廣，以及系列化和標(biāo)準(zhǔn)化等工作之后，使中國(guó)的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)無(wú)論在科學(xué)研究方面，還是在設(shè)計(jì)制造方面均有了不小的進(jìn)步和提高，同時(shí)也取得了明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，主要解決了邊遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)的農(nóng)、牧、漁民的用電問(wèn)題。但其風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)

容量?jī)H為幾百瓦到10kw，也均屬獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組。

到了20世紀(jì)80年代，主要集中在研制并網(wǎng)型的風(fēng)電機(jī)組上，并且陸續(xù)制造出從幾十kw到200kw的機(jī)組。但由于這些風(fēng)電機(jī)組自行研制周期長(zhǎng)，又趕不上市場(chǎng)對(duì)更大容量風(fēng)電機(jī)組的需求，因此大部分樣機(jī)均來(lái)不及改進(jìn)和完善并轉(zhuǎn)化為商業(yè)性機(jī)組。在這種情況下，為了盡快提高中國(guó)風(fēng)電機(jī)組的制造水平和滿足市場(chǎng)的需求，國(guó)家采取了以下兩條措施：①引進(jìn)國(guó)外成熟技術(shù)，吸收消化，以提高國(guó)產(chǎn)化機(jī)組的制造技術(shù)。例如，已通過(guò)支付技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)的方式，從國(guó)外引進(jìn)了600kw機(jī)組全套制造技術(shù)。目前，國(guó)內(nèi)有關(guān)的風(fēng)電機(jī)組制造廠家的風(fēng)電主機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，已研制出600kw機(jī)組的關(guān)鍵部件，如發(fā)電機(jī)、齒輪箱和葉片等，并且600kw的機(jī)組其本地化率已可達(dá)90%。②采用與國(guó)外公司合作生產(chǎn)的方式引進(jìn)技術(shù)，并允許國(guó)外風(fēng)電機(jī)組制造廠商在中國(guó)投資設(shè)廠。如國(guó)際著名的葉片制造商丹麥的lm公司就在天津獨(dú)資設(shè)廠生產(chǎn)。而中國(guó)風(fēng)力發(fā)電的大發(fā)展將為這些企業(yè)提供良好的機(jī)

遇。

4中國(guó)風(fēng)電的發(fā)展前景

(1)發(fā)展風(fēng)電的必要性：

前面已經(jīng)提到，中國(guó)有豐富的風(fēng)能資源，這為發(fā)展中國(guó)的風(fēng)電事業(yè)創(chuàng)造了十分有利的條件。但就中國(guó)目前電力事業(yè)而言，火力發(fā)電仍是中國(guó)的主力電源。以燃煤為主的火電廠，正在大量排放co2和so2等污染氣體，這對(duì)中國(guó)的環(huán)保極為不利。而發(fā)展風(fēng)電，一方面有利于中國(guó)電源結(jié)構(gòu)的調(diào)整；另一方面又有利于減少污染氣體的排放而緩解全球變暖的威脅。同時(shí)，又有利于減少能源進(jìn)口方面的壓

力，對(duì)提高中國(guó)能源供應(yīng)的多樣性和安全性將作出積極的貢獻(xiàn)。

(2)國(guó)家對(duì)發(fā)展風(fēng)電的政策支持：

由于風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)成本較高，加之風(fēng)能的不穩(wěn)定性，因而導(dǎo)致風(fēng)電電價(jià)較高，而無(wú)法與常規(guī)的火電相競(jìng)爭(zhēng)。在這種情況下，為了支持發(fā)展風(fēng)力發(fā)電，國(guó)家曾給

予多方面政策支持。

例如，1994年原電力工業(yè)部決定將風(fēng)電作為電力工業(yè)的新清潔能源，制定了關(guān)于風(fēng)電并網(wǎng)的規(guī)定。規(guī)定指出，風(fēng)電場(chǎng)可以就近上網(wǎng)，而電力部門應(yīng)全部收購(gòu)其電量，同時(shí)指出其電價(jià)可按“發(fā)電成本加還本付息加合理利潤(rùn)”原則確定，高于電網(wǎng)平均電價(jià)部分在網(wǎng)內(nèi)攤消。為了搞好風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目的規(guī)范化管理，又陸續(xù)發(fā)布了一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目可行性研究報(bào)告編制規(guī)程和風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行規(guī)程

等。有了上述的政策支持，從此風(fēng)電的發(fā)展便進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段。與此同時(shí)，國(guó)家為了支持和鼓勵(lì)發(fā)展風(fēng)電產(chǎn)業(yè)，原國(guó)家計(jì)委和國(guó)家經(jīng)貿(mào)委曾

提供補(bǔ)貼或貼息貸款，給建立采用國(guó)產(chǎn)機(jī)組的示范風(fēng)電場(chǎng)業(yè)主。

(3)發(fā)展風(fēng)電的展望：

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2003年年初在建項(xiàng)目的裝機(jī)容量約為60多萬(wàn)kw，其中正在施工的約有10萬(wàn)kw，可研批復(fù)的有22萬(wàn)kw，項(xiàng)目建議書(shū)批復(fù)的有32萬(wàn)kw，包括兩個(gè)特許權(quán)項(xiàng)目。如果這些項(xiàng)目能夠如期完成，那么到2005年底合計(jì)裝機(jī)

可超過(guò)100萬(wàn)kw。

預(yù)計(jì)“十一五”計(jì)劃期間(2006～2010年)，全國(guó)新增風(fēng)電裝機(jī)容量可達(dá)280

萬(wàn)kw，因而累計(jì)裝機(jī)總?cè)萘考s可達(dá)400萬(wàn)kw。

5結(jié)束語(yǔ)

風(fēng)力發(fā)電是一個(gè)集計(jì)算機(jī)技術(shù)、空氣動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)和材料科學(xué)等綜合性學(xué)科的技術(shù)。中國(guó)有豐富的風(fēng)能資源，因此風(fēng)力發(fā)電在中國(guó)有著廣闊的發(fā)展前景，而風(fēng)能利用必將為中國(guó)的環(huán)保事業(yè)、能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，減少對(duì)進(jìn)口能源依賴作出巨大的貢獻(xiàn)。展望未來(lái)隨著風(fēng)電機(jī)組制造成本的不斷降低，化石燃料的逐步減少及其開(kāi)采成本的增加，將使風(fēng)電漸具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，因此其發(fā)展前景將是十分巨大的。

第四篇：論文的特性

論文是研究人員在進(jìn)行科學(xué)研究之后，為表述科學(xué)研究成果而撰寫的理論性文體，又稱科學(xué)論文，簡(jiǎn)稱論文?？茖W(xué)研究是人類社會(huì)實(shí)踐的一項(xiàng)重要內(nèi)容，是人類認(rèn)識(shí)世界、改造世界、推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的有效手段。隨著科學(xué)的空前發(fā)展，新的見(jiàn)解、新的發(fā)明創(chuàng)造層出不窮，舊的觀點(diǎn)不斷得以更新，論文就是這些新觀點(diǎn)、新見(jiàn)解、新發(fā)明的研究結(jié)晶。它通過(guò)科學(xué)的分析、論證，闡述各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域最新的研究結(jié)論，探討客觀事物的發(fā)展規(guī)律。論文的撰寫過(guò)程是一個(gè)不斷地接近真理、認(rèn)識(shí)真理的過(guò)程。論文一方面可以作為一種精神力量滲透到整個(gè)社會(huì)意識(shí)形態(tài)領(lǐng)域中，另一方面又可以作為一種物質(zhì)力量運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐中去。論文可以說(shuō)是人類智慧的集中反映。論文屬于應(yīng)用文體，有非常鮮明的特點(diǎn)和嚴(yán)格的規(guī)范。無(wú)論哪類學(xué)科，哪門專業(yè)，哪種類型的論文一般都具備以下六點(diǎn)共性：

一、科學(xué)性論文的這一特點(diǎn)是由其本身性質(zhì)決定的?？茖W(xué)研究的任務(wù)是正確認(rèn)識(shí)客觀規(guī)律，揭示客觀事物的發(fā)展規(guī)律，探求客觀真理，推動(dòng)人類社會(huì)向更文明的階段發(fā)展。因此，學(xué)術(shù)論文是以科學(xué)性為前提的，這一精神貫穿著論文寫作的始終。首先，論文的論點(diǎn)和結(jié)論必須科學(xué)。它必須正確反映客觀事物的本質(zhì)和規(guī)律，能夠經(jīng)得起實(shí)踐的檢驗(yàn)。論點(diǎn)絕對(duì)不能主觀臆造，不能帶有主觀隨意性和偏見(jiàn)。其次，論文的論證和論據(jù)必須科學(xué)。學(xué)術(shù)論文通過(guò)科學(xué)的研究方法如觀察、調(diào)查、實(shí)驗(yàn)等，并運(yùn)用概念、判斷、推理等對(duì)立論進(jìn)行嚴(yán)密而富有邏輯性的科學(xué)論證。所引用的論據(jù)無(wú)論是實(shí)地調(diào)查來(lái)的，還是實(shí)驗(yàn)中來(lái)的，或是文獻(xiàn)中摘引來(lái)的，都要求真實(shí)、典型，真正成為論點(diǎn)的支柱。再次，論文的論述必須科學(xué)。措辭嚴(yán)謹(jǐn)，概念準(zhǔn)確，條理清楚，結(jié)構(gòu)完整，才能體現(xiàn)正確的認(rèn)識(shí)過(guò)程，令人信服地傳達(dá)科學(xué)的學(xué)術(shù)見(jiàn)解。論文的科學(xué)性要求寫作者從探求科學(xué)真理的目標(biāo)出發(fā)，以科學(xué)的世界觀和方法論為指導(dǎo)，堅(jiān)持實(shí)事求是的精神，采取認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度來(lái)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、研究問(wèn)題、解決問(wèn)題，并將揭示出來(lái)的客觀規(guī)律形諸文字，加以科學(xué)的表述。

二、學(xué)術(shù)性論文反映的是某專業(yè)領(lǐng)域最新的學(xué)術(shù)研究成果，對(duì)科學(xué)事業(yè)的發(fā)展和人類文明的進(jìn)步起一定的推動(dòng)作用。論文的價(jià)值即體現(xiàn)在學(xué)術(shù)性上，而論文的學(xué)術(shù)性又突出地體現(xiàn)在專業(yè)性上。學(xué)術(shù)是有系統(tǒng)、較專門的學(xué)問(wèn)，它往往以學(xué)科的形式表現(xiàn)出來(lái)。學(xué)科門類繁多，各學(xué)科之間雖然有許多相同、相通之處，但差別是主要的，各學(xué)科都有自己特定的研究領(lǐng)域，有自己專業(yè)研究的基本方法和技巧，有自己的理論體系和科學(xué)術(shù)語(yǔ)，形成了專門化的知識(shí)體系。比如經(jīng)濟(jì)學(xué)方面的論文，需要研究和解釋的是經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的問(wèn)題和現(xiàn)象，那就必須運(yùn)用經(jīng)濟(jì)學(xué)的分析方法，采用經(jīng)濟(jì)學(xué)的分析工具；而管理學(xué)方面的問(wèn)題，其分析問(wèn)題的方法、工具、表述方式則必須符合管理學(xué)的學(xué)科要求。人們通常將學(xué)科分為自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)兩大類，兩類之下又可逐層劃分下去。分工越細(xì)，學(xué)問(wèn)也就越專門化。論文要研究和闡述的就是這些專業(yè)知識(shí)中的某一個(gè)問(wèn)題。因此，只有在掌握專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)本學(xué)科的研究領(lǐng)域、研究方法、理論體系等基本問(wèn)題有了充分的了解，才能提出有價(jià)值的學(xué)術(shù)問(wèn)題，從而進(jìn)行學(xué)術(shù)研究。論文所論述的內(nèi)容，使用的語(yǔ)言都必須與所論述的學(xué)科密切相關(guān)，這是論文的顯著特點(diǎn)。

三、獨(dú)創(chuàng)性論文不僅要進(jìn)行專業(yè)化的學(xué)術(shù)研究，而且還要報(bào)告自己獨(dú)到的研究成果。創(chuàng)造是科學(xué)的本質(zhì)，獨(dú)創(chuàng)性是論文的生命。是否有創(chuàng)見(jiàn)，是衡量學(xué)術(shù)論文價(jià)值高低的標(biāo)準(zhǔn)。論文不同于一般的教科書(shū)，它不能重復(fù)已有的知識(shí)，甚至也不同于一些學(xué)術(shù)專著。有些學(xué)術(shù)專著主要用于專業(yè)知識(shí)的傳播和普及，因而比較強(qiáng)調(diào)知識(shí)的系統(tǒng)性和常規(guī)性，但論文絕不能人云亦云，必須創(chuàng)造性地解決某一專業(yè)領(lǐng)域的理論問(wèn)題或?qū)嵺`問(wèn)題。不同的研究者創(chuàng)造能力可以有大小，創(chuàng)造水平可以有高低。大到能夠開(kāi)創(chuàng)一門新學(xué)科、創(chuàng)立一個(gè)新學(xué)派，小到發(fā)現(xiàn)一條有價(jià)值的資料，但無(wú)論對(duì)于哪個(gè)層次的研究者而言，獨(dú)創(chuàng)性這一點(diǎn)都必須是研究者從發(fā)現(xiàn)問(wèn)題開(kāi)始，到研究問(wèn)題、解決問(wèn)題，最后到撰寫論文的整個(gè)過(guò)程中自始至終、堅(jiān)持不懈的追求。具體說(shuō)來(lái)，獨(dú)創(chuàng)性可以體現(xiàn)在研究和探索前人未曾涉及的領(lǐng)域；可以糾正或補(bǔ)充前人的觀點(diǎn)；可以綜合前人的研究，揭示今后研究的方向；可以為前人的立論提供新的事實(shí)材料或采用新的研究方法等等，不一而足。

四、理論性學(xué)術(shù)論文不能停留于事實(shí)、現(xiàn)象的羅列，必須探究事物的本質(zhì)及規(guī)律。寫論文必須運(yùn)用理論思維，通過(guò)對(duì)事實(shí)的抽象、概括、說(shuō)理、辨析和嚴(yán)密的邏輯論證將一般現(xiàn)象上升到一定的理論高度。論文的基本框架是邏輯的，是以中心論點(diǎn)為核心，以分論點(diǎn)為支柱的嚴(yán)密的邏輯體系，其中充滿了一般與個(gè)別、整體與部分、主要與次要、原因與結(jié)果、現(xiàn)象與本質(zhì)等事理關(guān)系。很多作者的論文水平不高，其重要原因就在于論文缺乏理論性。沒(méi)有理論支持的論文，只能囿于事實(shí)材料的堆積，不能從一般的現(xiàn)象中看到問(wèn)題的本質(zhì)，由表及里，由此及彼，從而達(dá)到對(duì)研究對(duì)象的客觀規(guī)律性的認(rèn)識(shí)。論文的理論性是作者的學(xué)識(shí)水平、理論素養(yǎng)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的綜合反映。

五、實(shí)踐性論文要充分考慮到文章的實(shí)踐性和現(xiàn)實(shí)意義。只有從社會(huì)現(xiàn)實(shí)需要出發(fā)，從科學(xué)進(jìn)步需要出發(fā)，才能寫出滿足時(shí)代發(fā)展要求，真正能夠體現(xiàn)論文價(jià)值的文章。不同學(xué)科的論文，其應(yīng)用性、實(shí)踐性的表現(xiàn)形式也不同。自然科學(xué)方面的論文，它的應(yīng)用性和社會(huì)價(jià)值往往比較直觀，甚至可以直接產(chǎn)生社會(huì)效益，對(duì)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展及其所研究的學(xué)科本身都具有較明顯的現(xiàn)實(shí)意義；社會(huì)科學(xué)方面論文的應(yīng)用性和社會(huì)價(jià)值雖然常常不如自然科學(xué)方面論文那么直接和明顯，但社會(huì)科學(xué)方面論文提出的新觀點(diǎn)、新發(fā)現(xiàn)、新理論，對(duì)本學(xué)科的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步同樣具有指導(dǎo)和推動(dòng)作用，因而也同樣具有實(shí)踐性和現(xiàn)實(shí)意義。

六、規(guī)范性論文具有統(tǒng)一的書(shū)寫格式和語(yǔ)言規(guī)范?？萍紙?bào)告、學(xué)位論文等的編寫格式已由國(guó)家制定了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。為了便于交流和應(yīng)用，論文必須運(yùn)用規(guī)范的語(yǔ)言文字系統(tǒng)和符號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行表述。這也是論文不同于其他文體的特征之一。來(lái)源：中華秘書(shū)

第五篇：Z元件溫度補(bǔ)償技術(shù)論文

摘要：本文詳細(xì)地介紹了光敏Z-元件、磁敏Z-元件以及力敏Z-元件的溫度補(bǔ)償原理與補(bǔ)償方法，供用戶利用光、磁、力敏Z-元件進(jìn)行應(yīng)用開(kāi)發(fā)時(shí)參考。

關(guān)鍵詞：Z-元件、敏感元件、溫度補(bǔ)償、光敏、磁敏、力敏

一、前言

半導(dǎo)體敏感元件對(duì)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(jiàn)問(wèn)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(bǔ)償原理與溫度補(bǔ)償方法，供光、磁、力敏Z-元件應(yīng)用開(kāi)發(fā)參考。

不同品種的Z-元件均能以簡(jiǎn)單的電路，分別對(duì)溫、光、磁、力等外部激勵(lì)作用輸出模擬、開(kāi)關(guān)或脈沖頻率信號(hào)[1][2][3]，其中后兩種為數(shù)字信號(hào)，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(jì)算機(jī)直接通訊，直接用于多種物理參數(shù)的監(jiān)控、報(bào)警、檢測(cè)和計(jì)量，在數(shù)字信息時(shí)代具有廣泛的應(yīng)用前景，這是Z-元件的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。但由于Z-元件是半導(dǎo)體敏感元件，對(duì)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(cè)精度。因而，在高精度檢測(cè)計(jì)量中，除在生產(chǎn)工藝上、電路參數(shù)設(shè)計(jì)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(bǔ)償技術(shù)。

Z-元件的工作原理本身很便于進(jìn)行溫度補(bǔ)償，補(bǔ)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(bǔ)償原理與補(bǔ)償方法也不同，特就模擬、開(kāi)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(bǔ)償

對(duì)Z-元件的模擬量輸出，溫度補(bǔ)償?shù)哪康氖强朔囟茸兓母蓴_，調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)，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(bǔ)償原理解析圖。

2．溫度補(bǔ)償原理和補(bǔ)償方法

在圖2中，溫度補(bǔ)償時(shí)應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃為溫度補(bǔ)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(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)

Q：工作溫度時(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)

QS￠：溫度補(bǔ)償后的靜態(tài)工作點(diǎn)

VOS：標(biāo)準(zhǔn)溫度時(shí)的輸出電壓

VO：工作溫度時(shí)的輸出電壓

在標(biāo)準(zhǔn)溫度TS時(shí)，由電源電壓E、負(fù)載電阻RL決定的負(fù)載線與TS時(shí)的M1區(qū)伏安特性（或反向特性）相交，確定靜態(tài)工作點(diǎn)QS，輸出電壓為VOS。當(dāng)環(huán)境溫度從TS升高到T時(shí)，靜態(tài)工作點(diǎn)QS沿負(fù)載線移動(dòng)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(bǔ)償措施在環(huán)境溫度T時(shí)使工作點(diǎn)由Q移動(dòng)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(bǔ)償。

(1)利用NTC熱敏電阻

基于溫度補(bǔ)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(bǔ)償過(guò)程解析如圖2所示。

在圖3電路中，標(biāo)準(zhǔn)溫度TS時(shí)負(fù)載電阻為Rt，當(dāng)溫度升高到工作溫度T時(shí)，使其阻值為Rt￠，可使靜態(tài)工作點(diǎn)由Q推移到QS￠，由于Rt.

(2)改變電源電壓

基于溫度補(bǔ)償原理，補(bǔ)償電路如圖4(a)、(b)所示，圖5為補(bǔ)償過(guò)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(shí)，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(bǔ)償條件，可達(dá)到全補(bǔ)償。其中，K為比例系數(shù)，“負(fù)號(hào)”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(guò)計(jì)算或?qū)嶒?yàn)求取，且：

為了得到滿足補(bǔ)償條件的按溫度調(diào)變的電源電壓，實(shí)際補(bǔ)償時(shí)可采用緩變型 pTC熱敏電阻、NTC熱敏電阻或溫敏Z-元件來(lái)改變電源電壓E，達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康模?/p>

①采用緩變型pTC熱敏電阻

采用緩變型pTC熱敏電阻的補(bǔ)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：

按溫度補(bǔ)償要求，當(dāng)溫度增加時(shí)，電源電壓E應(yīng)該增加，Rt應(yīng)該增加，故Rt應(yīng)選緩變型pTC熱敏電阻。R2用于設(shè)定電壓E的初始值，合理選擇pTC熱敏電阻Rt的初始值及其溫度系數(shù)，使之滿足DE=-KDVO的補(bǔ)償條件即可達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

②采用NTC熱敏電阻

因緩變型pTC熱敏電阻市售較少，而且補(bǔ)償過(guò)程中溫度系數(shù)也難于匹配，多數(shù)情況應(yīng)采用NTC熱敏電阻。

若采用NTC熱敏電阻進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，也可采用圖6所示電路，但要把R1與Rt互換位置。

當(dāng)采用NTC型熱敏電阻時(shí)，為了便于熱敏電阻的補(bǔ)償匹配，可利用運(yùn)算放大器，實(shí)際補(bǔ)償電路如圖7所示。

在圖7中，Rt為NTC熱敏電阻，A為由單電源VCC供電的反相輸入運(yùn)放構(gòu)成的比例放大器，通過(guò)該運(yùn)放的反相作用，使LM317的輸出電壓EO適合工作Z-元件工作電壓E的補(bǔ)償極性要求。例如，溫度升高時(shí)，EO下降，E增加；反之溫度降低時(shí)，EO增加，E減少。該補(bǔ)償電路的另一優(yōu)點(diǎn)是，可通過(guò)運(yùn)放比例系數(shù)的附加調(diào)整便于NTC熱敏的補(bǔ)償匹配。

(3)差動(dòng)補(bǔ)償

①并聯(lián)差動(dòng)補(bǔ)償

運(yùn)放的第一級(jí)幾乎沒(méi)有例外均采用差動(dòng)電路，并利用差動(dòng)電路的對(duì)稱性和元器件特性的一致性來(lái)補(bǔ)償溫度漂移。Z-元件也可采用這種方法，補(bǔ)償電路如圖8所示。其中，圖8(a)為正向應(yīng)用，圖8(b)為反向應(yīng)用，圖8(c)為實(shí)際補(bǔ)償電路。其中Z為工作Z-元件，ZC為補(bǔ)償Z-元件，RL與RC為相應(yīng)的負(fù)載電阻。

補(bǔ)償原理：對(duì)差動(dòng)對(duì)稱電路，當(dāng)左右兩側(cè)工作Z-元件Z與補(bǔ)償Z-元件ZC的靜態(tài)伏安特性與動(dòng)態(tài)溫度系數(shù)完全一致，以及電阻RC與R阻值及其溫度系數(shù)也完全一致時(shí)，采用浮動(dòng)輸出，因始終保持VO=VOC，當(dāng)環(huán)境溫度改變時(shí)，也不會(huì)產(chǎn)生溫漂，而工作Z-元件有其它外部激勵(lì)作用(如光、磁、力等)時(shí)，則可產(chǎn)生有效輸出。

理論上，若左右元器件完全對(duì)稱，在標(biāo)準(zhǔn)溫度TS時(shí)，浮動(dòng)輸出DVO=VO-VOC=0，當(dāng)溫度升高到工作溫度T時(shí)，因左右兩支路電流同步增加，DVO=VO-VOC=0仍然成立。實(shí)際上，左右兩支路元器件不可能完全對(duì)稱，特別是Z-元件有一定的離散性，使DVO不可能完全為0。因而，除按補(bǔ)償精度要求，對(duì)Z-元件的一致性進(jìn)行嚴(yán)格篩選外，在電路上應(yīng)采用輔助調(diào)整措施，如圖8(c)中利用電位器RW。

②串聯(lián)差動(dòng)補(bǔ)償

并聯(lián)對(duì)稱補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)是浮動(dòng)輸出，為變成單端輸出還需要一個(gè)雙端輸入到單端輸出的轉(zhuǎn)換電路。采用串聯(lián)對(duì)稱補(bǔ)償可克服這一缺點(diǎn)。

串聯(lián)對(duì)稱補(bǔ)償?shù)脑黼娐啡鐖D9所示。其中圖9(a)為正向應(yīng)用，圖9(b)為反向應(yīng)用，圖9(c)和(d)為實(shí)用化補(bǔ)償電路。

補(bǔ)償原理：該補(bǔ)償電路為“上下對(duì)稱”結(jié)構(gòu)，元器件的一致性要求與并聯(lián)對(duì)稱補(bǔ)償?shù)囊笙嗤Ｔ跇?biāo)準(zhǔn)溫度TS時(shí)，工作電流流過(guò)上下分壓支路，使輸出電壓VO=E/2。溫度升高到工作溫度T時(shí)，工作電流雖然增加，但輸出電壓VO仍為E/2，不產(chǎn)生溫度漂移。而工作Z-元件當(dāng)有其它外部激勵(lì)作用時(shí)，可產(chǎn)生有效輸出。

該補(bǔ)償電路的缺點(diǎn)是靜態(tài)輸出電壓不為零，為使靜態(tài)輸出電壓為零，需附加電平位移電路。

三、開(kāi)關(guān)量輸出的溫度補(bǔ)償

開(kāi)關(guān)量輸出電路示于圖10，(a)為電阻接地，(b)為Z-元件接地。開(kāi)關(guān)量輸出的溫度補(bǔ)償與模擬量輸出的溫度補(bǔ)償相比，兩者的補(bǔ)償目的不同。后者是模擬信號(hào)，當(dāng)溫度改變時(shí)，引起靜態(tài)工作點(diǎn)偏移，通過(guò)補(bǔ)償調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)，使輸出電壓恢復(fù)穩(wěn)定。前者是數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)的溫度穩(wěn)定性及其補(bǔ)償技術(shù)是一個(gè)新問(wèn)題。在研究開(kāi)關(guān)量輸出補(bǔ)償原理與補(bǔ)償方法之前，必須先引入有效跳變與跳變誤差的新概念。

1．有效跳變與跳變誤差

溫、光、磁、力四種Z-元件均可相應(yīng)構(gòu)成溫控、光控、磁控、力控開(kāi)關(guān)，提供開(kāi)關(guān)量輸出，用于對(duì)物理參數(shù)的監(jiān)控與報(bào)警。其中，除溫控開(kāi)關(guān)外，對(duì)這些控制開(kāi)關(guān)的基本要求是應(yīng)具有溫度穩(wěn)定性。也就是說(shuō)，在光、磁或力等外部激勵(lì)作用下，并達(dá)到設(shè)定值時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)確地產(chǎn)生輸出跳變，稱為有效跳變。而不應(yīng)受環(huán)境溫度影響產(chǎn)生跳變誤差。由于開(kāi)關(guān)量輸出是數(shù)字信號(hào)，其跳變誤差也必然是兩種極端的情況，為研究方便分別定義為超前跳變誤差和滯后跳變誤差。實(shí)際上，由于Z-元件的Vth值是溫度的函數(shù)，當(dāng)環(huán)境溫度改變時(shí)，因受Vth變化的影響，超前與滯后兩種跳變誤差都有可能發(fā)生。

若環(huán)境溫度升高，使Vth下降，當(dāng)滿足狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件VZ3Vth時(shí)，外部激勵(lì)雖未達(dá)到設(shè)定值，可能產(chǎn)生“不該跳也跳”的超前跳變誤差；反之，若環(huán)境溫度降低，使Vth增加，這時(shí)外部激勵(lì)雖已達(dá)到設(shè)定值，但由于不能滿足狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件VZ3Vth，則可能產(chǎn)生“該跳不跳”的滯后跳變誤差。

為克服這兩種跳變誤差，在電路設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮溫度補(bǔ)償技術(shù)。因此，對(duì)光、磁、力敏Z-元件構(gòu)成控制開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)原則是：在外部激勵(lì)作用下，必須能夠滿足狀態(tài)轉(zhuǎn)換條VZ≥Vth，而產(chǎn)生有效跳變；而當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，則不應(yīng)滿足轉(zhuǎn)換條件VZ≥Vth，不致產(chǎn)生跳變誤差。前者通過(guò)合理地選擇靜態(tài)工作點(diǎn)來(lái)達(dá)到，后者則應(yīng)采用溫度補(bǔ)償技術(shù)加以保證。

2．溫度補(bǔ)償原理

上面已經(jīng)分析過(guò)，因?yàn)閆-元件的Vth、Ith對(duì)溫度有一定的靈敏度，所以Z-元件的開(kāi)關(guān)量(光、磁和力敏)輸出會(huì)產(chǎn)生超前跳變和滯后跳變誤差。

使用者在設(shè)計(jì)電路時(shí)，是依據(jù)有效激勵(lì)(光、磁和力等)的大小來(lái)確定靜態(tài)工作點(diǎn)QS，這時(shí)Z-元件兩端的電壓為VZS，并具有下述關(guān)系：

Vth-VZS=DV(1)

當(dāng)T(℃)升高時(shí)，因Vth減小，DV就減小。當(dāng)減小到DV=0時(shí)，即VZS =Vth時(shí)，就產(chǎn)生了超前跳變誤差；同理，當(dāng)T(℃)下降時(shí)，因Vth增大，DV就增大，以至于大到有效激勵(lì)作用時(shí)，也不產(chǎn)生跳變，這就產(chǎn)生了滯后跳變誤差。當(dāng)我們選定負(fù)載電阻RL值和電源電壓ES后，靜態(tài)工作點(diǎn)QS就確定了。因此，Z-元件開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì)的著眼點(diǎn)應(yīng)在于DV 的取值。既要保證Z-元件在有效激勵(lì)時(shí)，能產(chǎn)生有效跳變；而通過(guò)溫度補(bǔ)償又能保證DV的初始設(shè)計(jì)值不隨溫度變化，即可消除超前跳變誤差和滯后跳變誤差。

3．溫度補(bǔ)償方法

(1)負(fù)載電阻的確定

圖11(a)是開(kāi)關(guān)信號(hào)電路的工作解析圖，圖11(b)是開(kāi)關(guān)信號(hào)的波形圖。開(kāi)關(guān)量輸出的輸出低電平VOL不是直線，其變化規(guī)律以及跳變幅值與M1區(qū)特性和靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置有關(guān)，這是Z-元件開(kāi)關(guān)量輸出的特有問(wèn)題。為保證應(yīng)用中有足夠大的跳變幅值，輸出低電平不致太高，必須合適的設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，因而當(dāng)電源電壓一定時(shí)，合理的選擇負(fù)載電阻RL的值十分重要。

Z-元件在沒(méi)有輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)，即工作在M1區(qū)時(shí)，其功耗是很小的，只有工作 在M3區(qū)時(shí)，其功耗才增大。從圖11(b)可知，開(kāi)關(guān)信號(hào)的低電平不是常數(shù)，因VOL=IZRL，當(dāng)溫度升高時(shí)，IZ增大使VOL增大，而且負(fù)載電阻RL越大，低電平增大值也越大，因此，為了降低VOL，要求RL越小越好。由于受Z-元件功耗的限制，RL不能無(wú)限制的減小，為了Z-元件安全工作和降低電源的耗電，可選擇Z-元件的工作功耗為額定功耗的1/5，即pZ=0.2pM，pZ=0.2pM=IZVZ=IfVf。通過(guò)下述計(jì)算即可求出合適的負(fù)載電阻RL值：

按照產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定：

Vf≤Vth/3

?。篤Z=Vf=Vth /3，If=(E-Vf)/RL=(Vth-Vf+IthRL)/RL

因?yàn)镮thRL很小，忽略不計(jì)，所以： ，所以：（2）

(2)電源電壓ES的確定

由圖12可知

ES=VZS+IZSRL

= Vth –DV+ IZSRL

因?yàn)镮ZSRL很小，只有0.1~0.2V，所以將其忽略不計(jì)，常溫下電源電壓ES為：

ES ≈Vth –DV

考慮到電源電壓調(diào)變時(shí)，可能存在誤差，初始設(shè)計(jì)的DV值不能過(guò)小，其最小值建議為(5~10°C)Sp（Sp為閾值點(diǎn)的溫度靈敏度）。所以：ES= Vth +(5~10°C)Sp(3)

(3)同步改變電源電壓

從圖12我們知道，當(dāng)溫度上升到T1時(shí)，閾值點(diǎn)p將左移至p1點(diǎn)，若通過(guò)補(bǔ)償能自動(dòng)將電源電壓由ES調(diào)整到E1，使工作點(diǎn)從QS左移至Q1，并使(1)式成立，DV即可保持不變，此時(shí)Vth1 –VZ1 =DV；當(dāng)溫度下降到T2時(shí)，p點(diǎn)將右移至p2點(diǎn)，若將電源電壓ES由ES自動(dòng)調(diào)整到E2，并使(1)式成立，DV仍可保持不變，此時(shí)Vth2 –VZ2 =DV即可消除跳變誤差，達(dá)到補(bǔ)償。

在T1時(shí)，電源電壓為E1： E1= Vth1+(5~10℃)Sp = Vth +(T1-T)Sp+(5~10℃)Sp

在T2時(shí)，電源電壓為E2：E2= Vth2+(5~10℃)Sp = Vth +(T2-T)Sp+(5~10℃)Sp

在工作溫度范圍T2~T1間電源電壓的調(diào)變量為DE：

DE＝E2-E1=(T2-T1)Sp（4）

從(4)式可以看出，該開(kāi)關(guān)量輸出電路的電源，應(yīng)該是具有負(fù)溫度系數(shù)的直流電源，該電源可選用圖6中的電源E，只需把Rt換成NTC電阻，或用圖7中電源EO。

四、脈沖頻率輸出的溫度補(bǔ)償

1．應(yīng)用電路

Z-元件的脈沖頻率輸出有不同的電路組態(tài)，其應(yīng)用組態(tài)之一如圖13所示。該電路當(dāng)電源電壓E恒定時(shí)，在光、磁或力等外部激勵(lì)作用下，輸出端VO可輸出與外部激勵(lì)成比例的脈沖頻率信號(hào)，稱為有效輸出，波形為鋸齒波，如圖14所示。作為半導(dǎo)體敏感元件，由于環(huán)境溫度對(duì)有效輸出也具有一定靈敏度，這將嚴(yán)重影響有效輸出的檢測(cè)精度，當(dāng)環(huán)境溫度變化較大或檢測(cè)精度要求較高時(shí)，必須通過(guò)溫度補(bǔ)償對(duì)溫漂加以抑制。

2．溫度補(bǔ)償原理

Z-元件的輸出頻率f與工作電壓E有關(guān)，與電路結(jié)構(gòu)以及參數(shù)有關(guān)，也與使用環(huán)境溫度有關(guān)。當(dāng)電路結(jié)構(gòu)以及參數(shù)一定時(shí)(C=0.1mF，RL=15kW)輸出頻率f僅與工作電壓E和工作溫度T有關(guān)。為研究溫度補(bǔ)償原理，確定合適的補(bǔ)償方法，特列出三者的隱函數(shù)關(guān)系：f = F(T , E)

如果把Z-元件構(gòu)成的頻率輸出電路看成是一個(gè)線性系統(tǒng)或者可進(jìn)行線性化處理時(shí)，可利用疊加原理對(duì)該隱函數(shù)求其偏微分：

當(dāng)電源電壓改變DE，并恰好克服由溫度變化DT對(duì)輸出頻率的影響時(shí)，輸出頻率將保持不變，即Df = 0，則：

若設(shè)： 為溫度靈敏度, 為電壓靈敏度，進(jìn)而得：STDT=-SE DE

為進(jìn)一步定量地確定電壓E和溫度T之間的補(bǔ)償關(guān)系，可定義溫度補(bǔ)償系數(shù)C為： [°C/V]

補(bǔ)償系數(shù)C的物理意義是，工作電壓E每改變1V時(shí)，能補(bǔ)償溫度變化多少度所引起的輸出頻率f 的溫漂。顯然，SE越大，或ST越小，使補(bǔ)償系數(shù)C越大，越便于進(jìn)行溫度補(bǔ)償。其中，“負(fù)號(hào)”表示為實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，電壓E的改變方向應(yīng)與溫度變化的方向相反。補(bǔ)償系數(shù)C確定后，可按補(bǔ)償系數(shù)要求設(shè)計(jì)補(bǔ)償電路，實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。