JPH056801A - 抵抗体電極構造 - Google Patents

抵抗体電極構造

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JPH056801A
JPH056801A JP3166491A JP16649191A JPH056801A JP H056801 A JPH056801 A JP H056801A JP 3166491 A JP3166491 A JP 3166491A JP 16649191 A JP16649191 A JP 16649191A JP H056801 A JPH056801 A JP H056801A
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一 伊藤
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
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    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10Regulating voltage or current 
    • G05F1/46Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is DC
    • G05F1/56Regulating voltage or current  wherein the variable actually regulated by the final control device is DC using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01C7/00Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度変動による電圧出力変化を生じず、実質
的に抵抗値温度係数が小さい。 【構成】 正の抵抗値温度係数が相対的に大きい一対の
線状導体膜1A,1Bを設け、正の抵抗値温度係数が相
対的に小さい面状の抵抗膜2が、対向辺をそれぞれ上記
導体膜に接続導通せしめて設けてある。各導体膜は一端
を給電端11としてここに電流源3が接続され、この給
電端より他端12方向へ所定距離に電圧取出端子13を
設けて電圧出力を得る。かかる端子13においては、温
度上昇によるこの部分の抵抗膜抵抗増加による電圧上昇
分と、端子に至るまでの導体膜抵抗増加に伴う電流減少
による電圧低下分が相殺されて電圧出力の温度依存性は
殆ど零になる。しかして、電流源3からの電流値に正確
に対応した電圧出力が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は抵抗値温度係数(TC
R)を充分小さくなした抵抗体電極構造に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】図6には定電流回路の一例を示し、オペ
アンプ4にフィードバックされる電流検出用抵抗体5´
の出力電圧が定電圧Vcに一致するようにトランジスタ
3を制御して、負荷6に流れる電流を一定に維持してい
る。かかる回路をハイブリッドICで実現する場合には
上記抵抗体5´として厚膜抵抗体を使用することが多
い。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、厚膜抵
抗体は抵抗値を小さく(1Ω程度以下)すると抵抗体の
金属的挙動が強くなるため正の大きなTCR(+500
ppm/℃以上)を示すようになり、雰囲気温度が変動
すると抵抗値が変化してフィードバック電圧が変動し、
定電流が維持できない。
【0004】そこで、図7に示す如く、TCRの比較的
小さい(+150ppm/℃程度)高抵抗体2を線状の
導体膜1A,1B間に幅広い面状に形成して低抵抗値を
実現し、図中aを上記トランジスタ3のエミッタに、b
を上記オペアンプ4に接続して使用しているが、TCR
の低減は充分でなかった。
【0005】本発明はかかる課題を解決するもので、T
CRを充分に小さくできる抵抗体電極構造を提供するこ
とを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の構成を説明する
と(図1)、抵抗体電極構造は、間隔をおいて延び、正
の抵抗値温度係数が相対的に大きい一対の線状導体膜1
A,1Bと、これら導体膜1A,1Bに対向辺がそれぞ
れ接続導通せしめられ、正の抵抗値温度係数が相対的に
小さい面状の抵抗膜2とを具備し、上記各導体膜1A,
1Bの一部を給電端11としてここに電流源3を接続し
て、導体膜の一方1Aには給電端11を除く所定位置に
電圧取出端子13を設けるとともに、導体膜1Bの他方
には給電端11を含む所定位置に電圧取出端子13を設
け、これら電圧取出端子13間に電圧出力を得るもので
ある。
【0007】
【作用】上記構成の抵抗体電極構造において、線状導体
膜1A,1Bとこの間に設けた面状抵抗膜2は、4ケの
抵抗がはしご状に形成された抵抗ラダーとみなし得る
(図2)。温度が上昇すると、給電端11に近い電圧取
出端子13とこれに対応する他の導体膜部間の電圧V1
は、この間の抵抗膜抵抗Rrの増加分と後述する遠い電
圧取出端子での電流減少による電流I1 の増加分に依存
して上昇する。一方、給電端より遠い電圧取出端子13
とこれに対応する他の導体部間の電圧V2 は、ここに至
るまでの導体膜抵抗Rcの相対的に大きな増加により電
流I2 が大きく減少するため、これによる電圧低下分が
この部分の抵抗膜抵抗Rrの増加による電圧上昇分を上
回る。
【0008】しかして、温度上昇に伴い、給電端11に
近い位置で電圧V1 が上昇する一方、遠い位置での電圧
V2 は低下し、各電圧取出端子13の位置を適当に設定
すると電圧V1 の上昇分と電圧V2 の低下分が互いに相
殺して、電圧取出端子13間より得られる電圧出力は温
度変化に対する依存性が充分小さくなる。
【0009】この時、上記両電圧取出端子13を、抵抗
膜抵抗Rr増加分による電圧上昇と電流I2 減少分によ
る電圧低下が相殺される位置に対向して設けると、電圧
出力の温度依存性は殆ど零となる。
【0010】
【実施例1】図1には本発明の抵抗体電極構造を使用し
た定電流回路を示し、抵抗体5は平行に延びる線状の導
体膜1A,1Bとこれらの間に上下辺を接合導通せしめ
て設けた面状の抵抗膜2とよりなる。導体膜1A,1B
の各一端は給電端11としてあり、その一方は電流源と
してのトランジスタ3のエミッタに接続され、他方は電
力アースしてある。そして、各導体膜1A,1Bの給電
端側の抵抗膜2の端部より他端12方向へ所定距離xo
だけ離れた導体膜部に電圧取出端子13を設けて、その
一方をオペアンプ4の反転端子に入力するとともに他方
は信号アースしてある。
【0011】上記オペアンプ4の非反転端子には信号ア
ースとの間に定電圧Vcが接続されており、オペアンプ
出力が上記トランジスタ3のベースに入力している。ト
ランジスタ3のコレクタには電源との間に負荷6が接続
してある。
【0012】負荷6に流れる電流はトランジスタ3を経
て抵抗体5の給電端11の一方に至り、抵抗体5内を流
通して給電端11の他方よりアースへ流れる。上記電圧
取出端子13間にはこの時の電流値に比例した電圧が現
れ、これがオペアンプ4で定電圧Vcと比較されて比較
出力によりトランジスタ3が作動せしめられて、常に負
荷6へ定電流が供給される。上記電圧取出端子13間の
電圧は、これら端子を設ける位置を給電端11側の抵抗
膜2の端部より以下に説明する距離xo だけ他端12方
向へ離すことにより、雰囲気温度の変化に無関係に一定
に保たれる。
【0013】図3に示す抵抗体5において、給電端11
に最も近い抵抗膜2端からの距離をxとし、図4に示す
抵抗ラダーの分布定数回路として偏微分方程式(1),
(2)をI(0)=Io,I(W)=0の境界条件で解
くと、電圧V(x)は式(3)で与えられる。
【0014】
【数1】
【数2】
【数3】
【0015】ここでRは導体膜1A,1Bの単位長さ当
たりの抵抗値の2倍に等しく、Gは抵抗膜2の単位長さ
当たりのコンダクタンスである。
【0016】雰囲気温度が変化した場合のR,Gをそれ
ぞれR´,G´とし、この時の電圧V(x)をV´
(x)とすると、この時の電圧変化分ΔV(x)は次式
(4)のようになる。
【0017】
【数4】
【0018】導体膜1A,1Bとして例えばAg−Pt
を使用すると、そのTCRは+2000ppm/℃、シ
ート抵抗値は3mΩである。また、抵抗膜2として例え
ばRuO2 をベースとする抵抗体を使用すると、そのT
CRは+100ppm/℃、シート抵抗値は3Ωであ
る。雰囲気温度が25℃〜125℃の100℃の間で変
化する場合、導体膜1A,1Bの幅w、抵抗膜2の長さ
Lを共に1mmとし、Io=1Aとすると、電圧変化分Δ
V(xo )が0となる位置xo が存在する条件はΔV
(W)<0であるから、上記(4)式を変形した(5)
式以下の演算により、以下の如く得られる。
【0019】
【数5】
【数6】
【数7】 上式(5)〜(7)より、RGW2 >0.325 これはW2 /wL>1.63×102 と変換され、結局
W>13となる。
【0020】かくして、抵抗体の幅Wが13mm以上であ
ればΔV(xo)=0となるxo が存在する。例えばW
=25mmに設定すると、この時の電圧V(x)曲線は2
5℃と125℃について図5の如く得られ、xo =10
mmとなる。かかるxo の位置に両電圧取出端子13を
設ければ、雰囲気温度の変動に影響されず正確に入力電
流のみに比例する出力電圧が得られ、抵抗体5の実質的
TCRは零となる。
【0021】
【実施例2】ΔV(x)=0となる位置を越えて給電端
11より遠ざかると、ΔV(x)は負になって(図5参
照)次第にその絶対値が大きくなる。そこで、スペース
的な制約より実施例1のように両電圧取出端子13を対
向位置に設けることができない場合には、ΔV(x1 )
=−ΔV(x2 )となるような位置x1 ,x2 を算出し
て、各導体膜1A,1Bの電圧取出端子13をこれら各
位置に設けて出力電圧を得るようになせば、上記実施例
1と同様の効果が得られる。
【0022】
【実施例3】なお、一方の電圧取出端子13を給電端1
1に設け、他方の電圧取出端子13を給電端11以外に
設けるようになせば、給電端11の電圧変動ΔV(0)
に対して給電端以外の電圧変動ΔV(x)は小さいか
ら、両電圧取出端子13間に得られる電圧V(0,x)
の温度変動が(ΔV(x)+ΔV(0))/2であるこ
とを考慮すると、電圧取出端子13をいずれも給電端1
1に設ける場合に比べて温度変動をより小さくすること
が可能である。
【0023】上記各実施例において、給電端は必ずしも
各導体膜の端部に設ける必要はない。また、電圧取出端
の一方は給電端と一致せしめて設けても良い。
【0024】
【発明の効果】以上の如く、本発明の抵抗体電極構造に
よれば、抵抗値が小さくかつ抵抗値温度係数が充分に小
さい膜抵抗を実現することができ、計測用のハイブリッ
ドIC等に好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の抵抗体電極構造を使用した定電流回路
の回路図である。
【図2】本発明を説明する概念図である。
【図3】抵抗体の概略平面図である。
【図4】抵抗体のモデル図である。
【図5】抵抗体各部の電圧を示す図である。
【図6】定電流回路の回路図である。
【図7】従来の抵抗体電極の概略平面図である。
【符号の説明】
1A、1B 導体膜 11 給電端 12 他端 13 電圧取出端子 2 抵抗膜 3 トランジスタ 4 オペアンプ 5 抵抗体 6 負荷

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 間隔をおいて延び、正の抵抗値温度係数
    が相対的に大きい一対の線状導体膜と、これら導体膜に
    対向辺がそれぞれ接続導通せしめられ、正の抵抗値温度
    係数が相対的に小さい面状の抵抗膜とを具備し、上記各
    導体膜の一部を給電端としてここに電流源を接続して、
    導体膜の一方には給電端を除く所定位置に電圧取出端子
    を設けるとともに、導体膜の他方には給電端を含む所定
    位置に電圧取出端子を設け、これら電圧取出端子間に電
    圧出力を得ることを特徴とする抵抗体電極構造。
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