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便携式热风速计热晶体管偏置补偿零点电池放电下降

  所有热风速计的事情道理都是经由过程丈量加热传感器和四周氛围之间的热阻抗( Z )来推测风速:   Z=T/P(1)   此中P是传感器损耗的功率,T是传感器与环境之间的温差。   两种基础计划能够完成此目标。   坚持 P 恒定并丈量由此发生的温差 T   坚持 T 恒定并丈量所需的功率 P   在“达林顿气流传感器和 VFC 的非线性互相赔偿”中能够找到恒定功率范例的示例……   …恒温范例的示例可在“带有恒温达林顿对的线性化便携式风速计”中找到……   …如图1所示。

  图 1 的风速计很不平常,由于它将传感器晶体管融合到间接 PFC(电源频次转换器)环路中。

  图 1带有间接功率到频次转换的恒温风速计。   要懂得图 1 电路的事情道理,请思量零气流的情形。应用 ZERO 微调器 R2 来配置 Q1 和环境参考 Q2 的动态基极偏置电流。经由过程适量的调解,Q1 在运动氛围中的温度回升(~50°C)是由集电极功率耗散惹起的,会下降 Q1 的 VBE(下降 ~2 mV/°C)至即是或略低于 Q2 的 VBE。而后比拟器 U1a 的非反相输出的正值略低于反相输出。是以,输入切换为低电平,坚持 C1 放电并重置多谐振荡器 U1b,其输入变成高电平。   此前提会发生两个结果:逼迫 Fout = 0 并坚持 Q3 封闭。   当初让我们向 Q1 吹点风。由此发生的冷却结果会下降 Q1 的温度,致使其 Vbe 相对 Q2 降低。这使得 U1a 输出之间的比拟反转,从而开释 C1 上的复位。而后 C1 经由过程 R9 充电并关上 Q3,经由过程校准微调器 R3将t = 700 微秒脉冲驱动至 Q1 的基极。   逼迫进入 Q1 的集电极电流的合成脉冲能够在公式 2 中看到(此中hFE = Q1 电流增益,Rcal = R3 + R4):   IC = hFEIB = hFEV / ( Rcal ),      (2)   这会在 Q1 的结点上沉积一定量的热量:   tP=tICV = tIBhFEV = t (V/Rcal)hFEV = thFEV2 /Rcal (3 )   这会使 Q1 的温度复原到足够高的值,从而复原与环境传感器 Q2 的原始零流量电压均衡。在 Q1 达到该温度以前,U1 连续振荡,轮回开启 Q3,并将热量泵入 Q1。   如许就建立了一个反馈回路,用于坚持 Q1 和 Q2 之间的恒定温差。是以,U1b 输入端涌现的均匀频次与加热 Q1 所需的额定功率成正比。图 1 中电路值的最大输入频次为 1 kHz。适量调解 R3 简直能够完成任何所需的满量程流量。Q1 和 Q2 Vbe 电压之间的温度跟踪能够很好地赔偿环境温度的变迁。

  Q1 间接连接到电源轨可完成精良的电源利用率 (>90%),是以尽管功耗(依据界说!)取决于气流,如图2所示,但平日较小:200 至 350 mW。

  图 2 Q1 的功耗与气流的瓜葛平日为 200 至 350 mW。   事实上,功耗足够低,是以便携式电池供电(应用便宜万用表读取频次)看起??来颇有吸引力。便宜的四节 AA 碱性电池组能够保障数十小时的继续运转,相当于数百次氛围速率读数。然而,如图3所示,图 1 中的间接电池供电结果欠安,由于放电时期电池电压会降低 ±20%。

  图 3典范的 AA 电池放电降低曲线,放电过程当中电池电压涌现不现实的 ±20% 降低,致使风速计校准精度降低。

  风速计校准精度的下降将异常紧张,尤其是考虑到公式 4:   tP=tICV = tIBhFEV = t (V/Rcal)hFEV = thFEV2 / Rcal ( 4)   这表明 Q1 加热与电源电压呈平方律依附瓜葛!

  同时,看似显而易见的电源电压调理解救步伐也不太有吸引力,由于这会影响复杂性、服从和本钱。侥幸的是,图 4表现了另一种简略、廉价且无效的解决计划:基极偏置赔偿。

  图 4图 1 中的风速计经由修正,用 U2、A1 和 R11 - 14 来伺服 Q1 和 Q2 偏置电流,以(大部分)排除电池电压降低的影响。

  图 5表现了赔偿功率曲线(彩色)与没有赔偿功率曲线(赤色)的比照:好了一个数量级的晋升!   图 5零点(彩色)和未赔偿(赤色)Q1 加热与电池电压降低(5 ±1 伏)的瓜葛。   尽管还不圆满,但可以说足够好了。
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