Перейти до вмісту
Наукові вісті КПІ
ISSN 2617-5509 · e‑ISSN 2663-7472 Відкритий доступ · CC BY 4.0
Т. 135 · № 1-2 · 2022 чер 1, 2020 статті

МОДЕЛЬ ТЕРМОМЕТРИЧНОЇ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДІОДНОГО СЕНСОРА ТЕМПЕРАТУРИ

ПЯ
Петро Яганов Відповідальний Кафедра конструювання електронно-обчислювальної апаратури, Факультет електроніки Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Ukraine Україна
ЛП
Леонід Павлов National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”, The Department of Electronic and Computing Equipment Engineering. , Ukraine Україна
Опублікованочер 1, 2020
PDF
НВКПІ 1-2 ТОМ 135 · 1-2
ТОМ 135 · № 1-2 · 2022 Переглянути випуск

Анотація

Проблематика. Мікроелектронні технології дозволяють створити структури з високою чутливістю до зовнішніх впливів. У напівпровідниковій мікроелектроніці це структури типу потенційного бар’єру на p-n переході. Кремнієві діодні сенсори мають високу термочутливість у широкому діапазоні температур. Розроблено як фізичні, так і формальні математичні моделі термометричної характеристики діодного сенсора. Похибка вимірювання температури за деякими з цих методів виявилась неприйнятною для контролю багатьох технологічних процесів. Актуальним є проведення досліджень температурних властивостей p-n переходу у нерівноважному стані для формалізації нової термометричної характеристики діодного сенсора. Мета дослідження. Метою роботи є модель термометричної характеристики кремнієвих діодних сенсорів за результатами вимірювань вольт-амперних характеристик у діапазоні температур. Методика реалізації. Здійснено аналіз методів градуювання термометричної характеристики діодних сенсорів за вольт-амперними характеристиками, виявлено чинники, що впливають на точність вимірювання температури, обгрунтовано метод регресійного аналізу для формування поліноміальної моделі термометричної характеристики. Результати дослідження. В результаті досліджень вольт-амперних характеристик кремнієвих діодів у діапазоні температур (248 … 393) К встановлено, що похибка вимірювання температури діодними сенсорами пов’язана з залежністю фактора неідеальності p-n переходу від температури. Проведена оцінка точності термометричної характеристики, де ця функціональна залежність представлена у вигляді апроксимаційного поліному. Висновки. Представлено альтернативну модель термометричної характеристики діодних сенсорів температури рівнянням регресії другого степеня. Аргументами функції є струм і напруга діода у режимі прямого зміщення. Стабільність струму у колі p-n переходу не передбачається. Точність визначення температури в діапазоні температур (248 … 393) К знаходиться в межах ± (0,2 … 0,256) K.

Ключові слова

#діодні сенсори температури #вольт-амперна характеристика #фактор неідеальності #регресія #модель термометричної характеристики

Посилання

  1. Shwarts Yu.M., Borblik V.L., Kulish N.R., Venger E.F.,Sokolov V.N. Limiting characteristics of diode temperature sensors// Sensors and Actuators. – 2000. – A. 86. – P.197-205. https://doi.org/10.1016/S0924-4247(00)00445-3
  2. Lake Shore Cryotronics. URL: https://www.lakeshore.com/
  3. Шокли, Вильям. Теория электронных полупроводников [Текст] : Приложения к теории транзисторов : Пер. с англ. / Под ред. и с предисл. В. П. Жузе. - Москва : Изд-во иностр. лит., 1953. - 715 с.
  4. Зи С. Физика полупроводниковых приборов: В 2-х книгах. Кн.1. – М.: Мир, 1984. – 456 с. ББК 32.852
  5. A. Barna; D. Horelick A simple diode model including conductivity modulation IEEE Transactions on Circuit Theory ( Volume: 18, Issue: 2, Mar 1971) Page(s): 233 – 240. https://doi.org/10.1109/TCT.1971.1083246
  6. I. E. Getreu. Modeling the Bipolar Transistor. Amsterdam, The Netherlands: Elsevier, 1978, vol.1. URL: https://picture.iczhiku.com/resource/eetop/WyKtDIrFQPigHMVB.pdf
  7. M. Popadic, G. Lorito and L. K. Nanver, "Analytical Model of I–V Characteristics of Arbitrarily Shallow p-n Junctions," in IEEE Transactions on Electron Devices, vol. 56, no. 1, pp. 116-125, Jan. 2009, doi: https://doi.org/10.1109/TED.2008.2009028 .
  8. V. O. Yatsuk, O. Y. Basalkevych, Y. V. Yatsuk and A. O. Sachenko, "New Method of Dispersion Minimization of Si p-n Junction Temperature Sensors," 2007 IEEE Sensors Applications Symposium, 2007, pp. 1-4. doi: https://doi.org/10.1109/SAS.2007.374408
  9. E.F. Venger, A.S. Zenkin , N.L. Kozello, B.P. Kolodych, N.M. Krynytska, O.S. Kulyk, V.F. Mitin, I.Yu. Nemish, V.V. Kholevchuk Miniature Silicon Diode and Germanium Resistive Thermometers for Measurement of Low Temperature. – Physics and Chemistry of Solid State. V. 11, № 2 (2010) P. 499-505. URL: http://www.microsensor.com.ua/art/FXTT_2010.pdf
  10. Verster, T. C., p–n Junction as an ultra linear calculable thermometer. – Electron. Lett., vol. 4, no. 9, pp. 175–176, May 1968. https://ela.kpi.ua/handle/123456789/45803
  11. Verster, T. C., Dual Transistor as Thermometer Probe / Review of Scientific Instruments 40, 174 (1969). https://doi.org/10.1063/1.1683724
  12. Kanoun, O. Modeling the P–N Junction I–U Characteristic for an Accurate Calibration-Free Temperature Measurement. – IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 49, No. 4, August 2000. – P. 901- 904. https://doi.org/10.1109/19.863946
  13. Kanoun O., Tränkler H.-R. Calibration-Free Temperature Measurement Using Volt-Ampere Characteristic of p-n Junction, Technique Measurement. – 2003. – Vol. 68, №9.- P.171-176. (in Deuch) [O. Kanoun, H.-R. Tränkler: "Kalibrationsfreie Temperaturmessung durch Parameterextraktion aus der Strom-Spannungs-Kennlinie von pn-Übergängen", Technisches Messen 67, TM 4/200, S. 171-176, Oldenburg Verlag https://doi.org/10.1524/teme.2000.67.4.171
  14. Kanoun O., Trankler H.-R. Model Performance improvement for a Calibration-free Temperature Measurement Based on p-n Junctions / Sensors and Actuators A. – 2002. – V. 101. – No.3. – P. 275-282. URL: https://www.academia.edu/10085810
  15. View of the Calibration-Free Temperature Measurement Methods, Technique Measurement. – Vol. 68, No. 9, S. 442-448, Oldenbourg Verlag, 2003 (in Deuch) [O. Kanoun, H.-R. Tränkler: „Übersicht kalibrationsfreier Verfahren der Temperaturmessung“, TM –Technisches Messen, Vol. 68, No. 9, S. 442-448, Oldenbourg Verlag, 2003, ISSN 0171-8096]
  16. https://doi.org/10.1524/teme.70.9.442.20247
  17. Kanoun O. Kalibrationsfreie Temperaturmessung auf Basis von bipolaren Transistoren, neue Perspektiven für die Messtechnik (Calibration-Free Temperature Measurement Based on Bipolar Transistors, New Perspectives for Measurement Technology) April 2002. - Technisches Messen 69(4/2002) https://doi.org/10.1524/teme.2002.69.4.187
  18. Яганов П.О., Шварц Ю.М. Апроксимація термометричної характеристики діодних сенсорів методом багатофакторного аналізу // Вісник НТУУ „КПІ”. Серія приладобудування. – 2005. – № 30. – С.5 – 11. URL: http://ela.kpi.ua:8080/bitstream/123456789/11536/1/1.pdf
  19. Шварц Ю.М., Яганов П.А., Дзюба В.Г. Нейросетевая аппроксимация термометрической характеристики діодного сенсора // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 2005. - № 5. – С. 18-23. URL: https://ela.kpi.ua/handle/123456789/45804
  20. Koman B. P. Prohramna aproksymatsiia termometrychnykh kharakterystyk diodnoho sensora temperatury v OS Android. Visnyk Natsionalnoho universytetu «Lvivska politekhnika», Kompiuterni nauky ta informatsiini tekhnolohii. 2017. № 864. S. 28–34. URL: https://science.lpnu.ua/scsit/all-volumes-and-issues/volume-843-number-1-2016/programna-aproksimaciya-termometrichnih
  21. PCB Software Ltd. https://www.orcad.com/
  22. Mohammad Ziaur Rahman, Shahidul Islam Khan Modeling Electrical Characteristics of a pn-Junction Silicon Solar Cell Using PSpice / Smart Grid and Renewable Energy Vol.3 No.2(2012), Paper ID 19282, 6 pages DOI:10.4236/sgre.2012.32019
  23. Кеоун Дж. OrCAD Pspice. Анализ электрических цепей (+DVD). – М.: ДМК Пресс, СПб.: Питер, 2008. – 640 с. ISBN: 978-5-388-00023-1.
§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.
Усі випуски

МЕТОДИКА ФОРМУВАННЯ ІНФОРМАТИВНОГО ПРОСТОРУ ОЗНАК ТЕХНІЧНИХ ІНДИКАТОРІВ ФІНАНСОВИХ ПРОЦЕСІВ НА ОСНОВІ НЕЙРОМЕРЕЖЕВИХ МОДЕЛЕЙ

Роман Тертичний, Денис Чупрін, Петро Бідюк

Проблематика. Фінансові часові ряди характеризуються нелінійністю, нестаціонарністю та високим рівнем шуму, що суттєво ускладнює їх моделювання та прогнозування.…

#методика формування інформативного простору ознак #технічні індикатори #волатильність Паркінсона #нейронні мережі
10.20535/kpisn.2026.3.359610

МЕТОДИ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЦІЛІСНОСТІ ОБРОБКИ ТА ПЕРЕДАЧІ ДАНИХ У ПРОМИСЛОВИХ СИСТЕМАХ АВТОМАТИЗАЦІЇ

Ярослав Корпань, Євген Федоров, Ольга Нечипоренко

Проблематика. Сучасні промислові системи контролю характеризуються високим рівнем інтеграції інформаційних і фізичних процесів та використанням розподілених…

#промислові системи автоматизації #SCADA-системи #цілісність даних #кібербезпека ICS
10.20535/kpisn.2026.3.361520

МЕТОДИКА ПАРАМЕТРИЧНОГО СИНТЕЗУ ЗУМ-АФОКАЛЬНИХ СИСТЕМ НА ОСНОВІ НЕРУХОМИХ ВАРІОЛІНЗ

Ігор Г. Чиж

Проблематика Зум-оптичні системи, в яких використовуються механічно нерухомі електрично керовані варіолінзи, не можуть вважатися такими, що мають нерухомі оптичні…

#зум-афокальні системи #головні точки варіолінз #синтез зум-афокальних систем #стабільна афокальність зум-системи
10.20535/kpisn.2026.3.351645

Схожі статті

1-10 з 26

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.