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晶体管风速计


这个项目, 晶体管风速计 from 1974年,显示了如何使用一些精心挑选的组件进行准确的风速计。

关于该设计的关键创新是单个附加半导体二极管用于补偿环境温度的方式,这似乎可以在宽温度范围内进行补偿。

有趣的是电路的组件很少。



晶体管风速计的执行摘要

风速计包括在晶体管电路中的晶体管,其具有施加的合适电压和通过晶体管穿过电阻器连接的半导体二极管。获得输出电压,代表入射在风速计上的风速的速度,通过在晶体管的基极发射极结的正向电压下降和半导体二极管上的电压降之间取得差异。

晶体管风速计的背景

这种设计涉及用于测量流体的流速的风速器,例如风速器,例如,用于测量流体的流速。空气。

以前设计用于测量风速的风速。先前提出的类型是热线风速计,其是对流冷却或散热型风速计,并且其中通常操作热线以保持其温度并因此在累积值下进行电阻。

所需的电力或电压是所观察到的变量,其与风隧道中的校准有关风速。然而,为了获得方便的电阻值,电线必须非常精细,这导致它相对昂贵,脆弱并且需要频繁清洁以维持其校准。

如果没有满足这些条件,那么它的庞大是庞大的,响应迟缓,需要相对过于过度的力量。此外,为了补偿环境温度的宽变化,这不是一个简单的物质,同时电力随着温度范围的下端和高风而增加。

另一种先前提出的风速计是热敏电阻风速计。在这种风速计中,热敏电阻电阻随环境温度而变化,并且为了获得终端电源的测量,这对应于所需风速的量度,因此必须获得两个手动设置和两个仪表读数,然后电压和两个仪表读数。目前的读数必须乘以一起。

再次在高风中增加功率会显着增加,尽管该仪器可以在宽范围内得到温度补偿,但它受到相当大的缺点,并且不能被视为有效地直接读取风速读数。

晶体管风速计概要

本发明的目的是提供一种风速计,其不遭受上述风速管的所有缺点,并且可以方便地构造,以便提供便携式直接读取电池供电的风速计仪器。

因此,本设计提供了一种风速计,其包括连接在晶体管电路中的晶体管,与所述晶体管电路连接的补偿装置,以及用于获得表示晶体管的基极发射极结的正向电压降之间的正向电压降的差的输出电压并且所述补偿装置的电压降,其中所述输出电压与环境温度基本无关,与所述晶体管的温度升高在环境温度上方的温度升高。

更具体地,本设计提供了一种风速计,该风速计包括连接在晶体管电路中的晶体管,与所述晶体管并联连接的半导体二极管补偿装置,以及用于获得表示基部正向电压降的正向电压降的输出电压的装置。晶体管的发射极结和跨越所述半导体二极管的电压下降,由此所述输出电压与环境温度与环境温度的温度升高成比例,与环境温度高于上方的所述晶体管的温度升高。


图1:示意性地示出了用于晶体管风速计的根据本发明的用于风速计仪器的典型电路



晶体管风速计的描述

晶体管电路包括晶体管2,其可以方便地是G.E.型D26E4珠晶体管,其基极连接到地面,如图所示。其集电极电极连接到提供电压V的电压(未示出)的源极,VP, 具有调节的图示值+9.5伏的值,如图2所示。 1。

晶体管2的发射电极通过3.3k欧姆电阻器4连接到电压V的源极(未示出)n, 指定的值为-11.4伏。

如将可以看出,可以是FD300的半导体二极管6与其集电极和发射电极之间的晶体管2并联连接。二极管6通过电阻器8连接,该电阻器8具有56k欧姆的值,该点10连接到集电极电极的点10,而半导体二极管6的另一侧通过电阻器12连接到连接到发射电极的点14晶体管2代替二极管6晶体管可用于提供半导体PN结。

电阻器12可以方便地可调节,出于下面的原因,当电路中的点14处的电位被识别为V.e, 即,跨越基极交界处的向前跌落。

从二极管6的接合部16获得来自所示电路的输出,并且在输出端子18处获得输出的电阻器8。

在操作中,G.E.类型D26E4珠晶体管2安装有全长垂直引线,由此空气流动条件对于所有水平风向和沿着引线的热流被最小化。在组装之后,可以在风洞中校准根据本设计的风速计仪器。

如果我们假设与集电极电流相比,基本速度可以忽略不计(即H.Fe. 很大),晶体管耗散很容易显示出来 where R1 是电阻器4和r的值3 是电阻器8的值。

应当理解,在用于晶体管耗散的上述公式中,计算在某种程度上,在某种程度上近似地,其中由基极电流的发射极电流的分数被忽略,即,收集电流被认为等于发射极电流。此外,电阻器8(r的电压降的变化3) WID(90mV中的9.5伏特)也被忽略了。

使用图2中所示的电路值。 1,晶体管耗散工作约为31毫瓦。 v的小变化的影响e 在上述第一括号内的电压系数上与其对上述第二括号内的电流系数的影响相反。

Vp 和 Vn 如此选择在所示的电路中,即两个效果取消,从而透射晶体管2的耗散与温度无关。

如上所述,ve 给出晶体管2的基极发射极结的前向下降,这是晶体管温度的线性测量,因为晶体管2的发射电流保持明显恒定。发现V的价值e 不同于约-600mV。

在20°C至-730 mV。在 - 40°C。在构造实施例中使用的所示电路中,实现了对环境温度变化的补偿,从以上描述将通过取差之间的差异来理解e 并且硅二极管6上的电压降,其在可忽略的耗散下提供恒定电流,其温度系数与晶体管基极电压V的温度系数相同e。 当然,晶体管2和二极管6的温度系数可以通过通过确定各自电流的电阻器4和8选择它们的各自的电流来改变一点。

当晶体管2和二极管6保持在相同温度时,调节电阻器12的值以提供零输出。

从上述情况下,可以看出,在输出端子18上获得的输出电压与高于环境温度的晶体管2的温度升高成比例。例如,在所构建的实施例下,在静止空气中的条件下,输出电压在高风中具有约+40毫伏的值,电压落到几乎为零。

这可用于驱动仪表和在合适的校准之后,然后可以通过与发光温度无关的风速获得测量。

应当理解,所示的电路可能很大,并且其他电路可以方便地由本领域技术人员方便地设计,由此晶体管用作热损失风速计​​,其功率耗散恒定并与其温度无关并提供电气与晶体管温度的输出成比例高于环境温度,而是与相对宽范围内的环境温度无关。

在所示的电路中,高于环境温度的温度上升是通过校准与风速有关的观察变量,例如在风隧道中。小尺寸(0.070英寸直径珠子)的晶体管的可用性允许小功耗和合适的热时间常数。

此外,发现图1的电路中的晶体管。图1提供了独特的特性组合,可通过上述客气计仪器中使用的上述先前换能器提供了实质性的分析。它们的耗散很容易控制,以便与温度无关,并且它们的P-N连接方便地用于测量它们的温度。

如上所述,在恒定电流下,在恒定电流下,在恒定电流下,在宽范围内的温度下变化,并且由于这种线性而在实践中可以通过使用来补偿环境温度的广泛变化额外的半导体二极管。

因此,通过使用根据本发明的便携式直接读取电池供电仪器可以通过使用便携式直接读取电池供电的仪器来测量风速,这可以在相对宽范围内进行补偿以进行环境温度变化(例如,-40°C。至20°C甚至40°C),但却是风向的。

在上面的描述中,晶体管耗散通过特定操作模式保持恒定,该特定操作模式似乎是一个有利的操作模式。然而,应当理解,其他操作模式也是可能的,并且例如,通过调整V可以保持恒定的晶体管温度p so as to keep Ve constant.

晶体管耗散(与V的大致成比例p -Ve) 然后是风速的衡量标准,但校准对于不同的环境温度会有所不同。然而,另一种可能的操作模式是将晶体管温度保持在高于环境温度的恒定量,这可以通过不同的V来完成p 以便在输出端子18处保持电压常数。


图2:示意性地示出了用于晶体管风速计的根据本发明的风速计仪器的典型电路



这可以通过操作放大器自动完成,如图4所示。为方便起见,图2中使用相同的附图标记。如图2所示,如图2所示。如图1所示,可以看出,运算放大器30布置成连接到二极管6和电阻器8的连接的反相(负)输入,而其非反相(正)输入连接到晶体管2的基极,如显示。

20欧姆电阻器32可调节,以便获得高于环境温度的晶体管的所需温度升高,然后可以抵抗风速校准晶体管集电极 - 发射极电压。这种校准在宽范围内将与环境温度无关。

从图中图2显而易见的是,运算放大器30的反相(负)输入处的电压可以被认为是三个电压的总和。这些是基于基准电压的发射极,可调节的偏移电压和从二极管6导出的电压,其与环境温度线性变化。

如果这些电压分别由V表示EB., VO 和 VD 然后给出运算放大器30的反相(负)输入处的电压(V.EB. + VD + Vo)。

在上面的描述中,采用在环境温度高于环境温度的各个晶体管的温度升高。这是因为它是观察的方便变量,并且可以通过校准与风速相关的变量。类似地,在图1的示例中。如图2所示,选择收集电压作为观察到的变量,因为它可以通过校准与风速有关。


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