自感應晶體管恒溫器的根本缺陷

微型自感應晶體管恒溫器使用單個晶體管（BJT或FET）作為溫度傳感器和穩定加熱器。這些晶體管恒溫器（如果設計良好）是一種有效、高效且廉價的方法，可以保持單個組件（傳感器、精密參考、振蕩器等）的恒定溫度、敏感生物培養物的孵育以及其他小型和關鍵熱控制功能的性能。但它們都有一個共同的缺陷，會嚴重影響溫度穩定性。

圖 1 說明了該問題。

**圖1 **自感恒溫器晶體管熱模型：（Tj – Tc） = Rjc Pj。

自感應晶體管恒溫器的標志性設計目標是保持精確穩定的外殼溫度Tc。這才是重要的，因為我們真正想要恒溫的通常不是晶體管結本身，而是我們連接到晶體管外殼的有趣東西。恒溫器首先利用晶體管的特性來測量結溫（Tj）。然后，該測量值用作加熱反饋環路的輸入，該反饋環路控制并連續調節結加熱功率（Pj），以保持穩定的結溫，從而間接保持恒定的外殼溫度。我們希望...

但是這個模型的問題在于Tj和Tc不一定相等。它們由非零結/外殼熱阻（Rjc）隔開，從而產生與Pj成比例的溫差（恐怖），因此：

terr = Tj – Tc = Rjc Pj .

那么這是一個多大的問題呢？由于誤差的大小與Rjc成正比，因此需要參考溫度計晶體管的數據表（例如圖2的IRF510：https://www.vishay.com/docs/91015/irf510.pdf）。

相關數字可在器件數據表“絕對最大額定值”表中作為“線性降額系數”找到，在本例中等于 0.29 瓦/^o^C .這是 Rjc 的有效倒數，因此對于 IRF510：

Rjc = 1 / 0.29 W/^o^C = 3.45^o^C/W .

**圖2 **MOSFET 恒溫器集成 （Rjc Pj） 溫度誤差校正。

圖2的半波加熱器控制電路可以提供以下最大限流結加熱功率：

Pj（最大值） = 24 Vrms x 0.7 V / R7 / 2 = 16.8 W 。

因此，由此產生的Tj – Tc差分誤差可能與以下錯誤一樣嚴重：

Terr（最大值） = Rjc Pj（最大值） = 3.45 * 16.8 W = 58^o^C .

哎呀！這似乎使任何準確恒溫的希望變得毫無意義。

但是，可以使用簡單的錯誤消除解決方法。由于Tj – Tc誤差與Pj成正比，而Pj又與R7感測的電流成正比，因此我們可以在設定點溫度上添加一個正反饋偏移，等于Rjc Pj，以產生一個新的、經過校正的結溫設定點：

Tj' = Tj + Rjc Pj .

然后：

Tc = Tj' – Rjc Pj = Tj + Rjc Pj – Rjc Pj = Tj ，

Tc = Tj 。

問題解決了！這正是圖2中藍色陰影的正反饋三分量網絡中顯示的噱頭。以下是其R11和R12的計算方式。

電流檢測 0.5 Ω R7 開發：

V R7 = 0.5 / 24 Vrms = 21 mV * Pj ,

= 21 mV * 特爾 / Rjc = 6 mV * 特爾 ，

因此 Terr = V R7 / 6 毫伏 .

R11 R12衰減**VR7 **要產生施加到Q3發射器的信號：

V 第三季度 = VR7R12 / （R11 + R12） = V R7 / 3 ,

= 2 mV * Terr 。

通過這種方式，Q3 有效地對每度 **Terr **補償 **Tj **一度，從而迫使 Tc = Tj ，從而修復基本缺陷。

C2對這個正反饋施加一個1秒的RC時間常數，這比結溫響應Pj變化的速率慢一個數量級。這抑制了眾所周知的正反饋引起的振蕩。