JPH11265220A - トランジスタによる温調方法および温調回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構成を可及的に簡略化すると共に、正確
な温度測定を行って、熱結合の問題のない温度調節を可
能とするトランジスタによる温調方法および温調回路を
提供する。 【解決手段】 熱源としてトランジスタＴのコレクタ損
失による発熱を利用すると共に、トランジスタＴの温度
フィードバック制御を同一トランジスタＴのベースＴｂ
−エミッタＴｂ間の順抵抗の監視によって行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はトランジスタによる
温調方法および温調回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ガス分析計の測定回路を構成す
る集積回路など、熱による温度ドリフトに対する安定性
を必要とする場合には、予め集積回路を一定の温度に加
熱することがある。図４は、従来より用いられる温調回
路１０を示す図であり、発熱部としてヒータ１１、温度
センサとしてサーミスタ１２を用いている。そして、サ
ーミスタ１２を監視しながらヒータ１１を加熱すること
により、測定回路を所望の温度に調節することができ、
この温度を安定させることにより、分析計の測定値を安
定化させることができる。

【０００３】発熱部の構成は熱線ヒータ、赤外線ヒータ
など種々のものが提案されている。図５は、トランジス
タ１１のコレクタ損失による発熱を発熱源として使用す
る、特開平９−２６００３６号公報に開示された加熱装
置（温調回路）１０を示す図であり、この温調回路１０
は熱容量が小さい場所などを簡便に加熱するのに適して
いる。また、１２はトランジスタ１１の近傍に設けたサ
ーミスタである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、これら従来
の温調回路１０は何れにしても、温度調整する部分１３
に発熱部１１と温度センサ１２の最低でも２つの部品の
取付けが必要となり、それだけ構造が複雑となることは
避けられなかった。また、発熱部１３が温度センサ１１
と物理的に離れているので、両者の熱結合にばらつきな
どの問題が発生することもあった。

【０００５】本発明は、上述の事柄に留意してなされた
もので、構成を可及的に簡略化すると共に、正確な温度
測定を行って、熱結合の問題のない温度調節を可能とす
るトランジスタによる温調方法および温調回路を提供す
ることを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１発明のトランジスタによる温調方法は、熱源と
してトランジスタのコレクタ損失による発熱を利用する
と共に、トランジスタの温度フィードバック制御を同一
トランジスタのベース−エミッタ間の電圧の監視によっ
て行なうことを特徴としている。

【０００７】したがって、本発明のトランジスタによる
温調方法によれば発熱源と熱センサとが一つのトランジ
スタによって形成されるので、その構成をできる限り簡
略化できる。また、発熱部と熱センサとの熱結合によっ
て問題が生じることがなく、周りの環境に影響されずに
常に正確な温度制御をすることが可能となる。

【０００８】また、前記トランジスタのベースに電流を
供給し、このときのベース電圧を設定温度に対応するベ
ース電圧の設定値と比較して比較結果を記憶する温度測
定状態、および、記憶された比較結果を基にトランジス
タが設定温度に近づくようなコレクタ電流を流すための
制御電流をベースに供給する温度調整状態を短い周期で
交互に切り換えるように制御する。トランジスタの温度
を設定温度に温調する場合には、トランジスタのベース
−エミッタ間の電圧の監視によって正確に行うことが可
能となり、設定値との比較によって容易に発熱量を調節
することができる。そして、設定温度を変更するときは
ベース電圧と比較する電圧の設定値を変更することで極
めて容易に行うことができる。

【０００９】さらに、前記温度測定状態が温度調整状態
に比べて充分に短くなるように切り換え制御することに
より、トランジスタのベースに電流を供給している温度
測定状態の間にトランジスタが加熱されることを可及的
に抑えることができる。そして、前記比較結果の記憶お
よび制御電圧の出力をオンオフ動作のデジタル制御によ
って行なう場合には、構成が簡素化できる利点がある。

【００１０】第２発明のトランジスタによる温調回路
は、熱源としてコレクタ損失による発熱を利用するトラ
ンジスタのベースに一定の電流を供給してベース電圧を
測定する温度測定状態と制御電流を供給する温度調整状
態を切り換えるスイッチと、温度測定状態におけるベー
ス電圧を設定温度に対応するベース電圧の設定値と比較
する比較器と、温度測定状態から温度調整状態に切り換
わるときに比較結果をホールドすることで温度調整状態
においてホールドされた比較結果を基にトランジスタの
ベースへの制御電流を可変出力可能とする記憶器と、前
記スイッチおよび記憶部の状態を短い周期で交互に切り
換える切換え信号を供給する発振器とを有することを特
徴としている。この場合、温調回路とトランジスタは一
対の信号線によって接続されているので、発熱部の構成
のみならず、周囲の配線も可及的に簡略化できる。

【００１１】前記切換え信号が温度測定状態を温度調整
状態に比べて充分に短くするパルス信号である場合に
は、切換え信号が温度測定状態であるときにベースに供
給される電流によって、トランジスタが温度上昇するこ
とを防止できる。また、前記比較結果の記憶および制御
電圧の出力をラッチ回路によって行う場合、回路を可及
的に簡素化できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明のトランジスタによ
る温調回路１の第１実施例を示している。図１におい
て、Ｔは熱源としてコレクタ損失による発熱を利用する
トランジスタであり、このトランジスタＴのベースＴ
ｂ、エミッタＴｅ、コレクタＴｃがそれぞれスイッチＳ
ｗ、グランドＧ、加熱用電源Ｐｗに接続されている。ス
イッチＳｗは抵抗Ｒ₁ を介して電源Ｖｃｃを接続する接
点Ｓａと、抵抗Ｒ₂ を介して制御回路２に接続する接点
Ｓｂとを有し、このスイッチＳｗの切り換えによってト
ランジスタＴのベース−エミッタ間の電圧（以下、ベー
ス電圧という）Ｖｂｅを測定する温度測定状態と、制御
回路２からベースＴｂに制御電流Ｉｂを供給する温度調
整状態とを切り換え制御する。

【００１３】Ｒｖは設定温度に対応するトランジスタＴ
のベース電圧Ｖｂｅの基準値Ｖｓを設定する可変抵抗で
あり、例えば、この可変抵抗Ｒｖの撮みに設定温度の目
盛りが形成されている。３は前記ベース電圧Ｖｂｅを基
準値Ｖｓと比較するコンパレータ（比較器）として動作
するＯＰアンプ、４は温度測定状態の間に比較結果のア
ナログ値３ｏを取り入れて温度調整状態の間ホールド
し、温度フィードバック信号４ｏとして出力する記憶
器、５はスイッチＳｗおよび記憶器４に対してパルス信
号Ｐ（切換え信号）を出力する発振器である。

【００１４】記憶器４の出力は制御回路２に入力されて
おり、記憶部４によってホールドされた温度フィードバ
ック信号４ｏによって制御電流Ｉｂを調整可能としてい
る。すなわち、本例の回路では、制御回路２、ＯＰアン
プ３、記憶器４がフィードバック制御を形成している。

【００１５】次に、本例のトランジスタによる温調回路
１の動作について説明する。発振器５が発振する切換え
信号Ｐがハイレベルであるとき、スイッチＳｗは接点Ｓ
ａ側に接続されて、温度測定状態となる。このとき、ト
ランジスタＴのベースＴｂには抵抗Ｒ₁ を介して電源電
圧（一定の電圧）Ｖｃｃが供給されることにより順方向
電流Ｉａが流れる。そして、トランジスタＴのベースＴ
ｂにはベース電圧Ｖｂｅ（後に温度フィードバック信号
として利用）が得られる。この電圧ＶｂｅをＯＰアンプ
３に入力し、可変抵抗Ｒｖの設定値Ｖｓと比較して、比
較結果のアナログ値３ｏを記憶器４に出力する。

【００１６】記憶器４は発振器５の切換え信号Ｐの立ち
下がり時にＯＰアンプ３からのアナログ値３ｏをサンプ
ルホールドし、温度フィードバック信号４ｏとして制御
回路２に送る。制御回路２はこの値４ｏを基に加熱に必
要な制御電流Ｉｂを決めてこれを出力する。

【００１７】発振器５の切換え信号Ｐがローレベルにな
ると、スイッチＳｗは接点Ｓｂ側に接続されるので、ト
ランジスタＴのベースＴｂには抵抗Ｒ₂ を経由して制御
回路２からの前記制御電流Ｉｂが供給され、制御電流Ｉ
ｂに応じたコレクタ電流ＩｃがトランジスタＴに流れる
ことにより、トランジスタＴが発熱する。

【００１８】今、例えばトランジスタＴの温度が設定値
より低い場合には、トランジスタＴのベース電圧Ｖｂｅ
が可変抵抗Ｒｖの設定値Ｖｓより高くなる。このとき、
比較器３の出力アナログ値３ｏは＋の値となり、これが
記憶器４を経由して温度フィードバック信号４ｏとして
制御回路２に送られる。制御回路２は温度フィードバッ
ク信号４ｏを受け、トランジスタＴの温度が低いことを
知り、抵抗Ｒ₂ を介してトランジスタＴのベースＴｂに
より多くの制御電流Ｉｂを出力する。

【００１９】逆に、トランジスタＴの温度が設定値より
低い場合には、トランジスタＴのベース電圧Ｖｂｅが可
変抵抗Ｒｖの設定値Ｖｓより低くなるので、前記と逆の
方向に信号が振れ、制御回路２はトランジスタＴのベー
スＴｂに電流を流さないよう作用する。この制御電流Ｉ
ｂの加減動作をトランジスタＴの温度と、設定値との差
に対し比例的に行うことで、温調がなされる。

【００２０】温度の設定を変えるときは、前記可変抵抗
Ｒｖを調整することにより設定値Ｖｓを調節すればよ
く、回路的な変更を一切加える必要がない。また、本例
のように可変抵抗Ｒｖの撮みに温度の表示をすることに
より、温度調整をさらに容易にすることが可能となる。

【００２１】発振器５で発生した切換え信号Ｐは、温度
測定状態を意味するハイレベルの期間Ｔ₁ が、温度調整
状態を意味するローレベルの期間Ｔ₂ に比べて十分に短
くなるようにそのデューティー比が調整されている。す
なわち、温度検出期間Ｔ₁ 中に抵抗Ｒ₁ を経由し電源Ｖ
ｃｃからトランジスタＴに流れるベース電流Ｉａによっ
て、発熱が生じるのをできるだけ少なくしている。

【００２２】なお、上述した例はトランジスタＴの温度
フィードバック制御を同一トランジスタＴのベースＴｂ
とエミッタＴｅ間の電圧の監視によって行なうトランジ
スタによる温調回路の一例を示すものであるから、その
回路構成を限定するものではない。すなわち、上述の例
では記憶器４を制御回路２に接続することにより、制御
回路２が適切な制御電流Ｉｂを計算して出力するように
構成されているが、本発明はこれに限られるものではな
い。例えば記憶器４から出力される温度フィードバック
信号４ｏを抵抗Ｒ₂ を介してトランジスタＴのベースＴ
ｂに供給するようにしてもよい。

【００２３】さらに、本例に示したトランジスタによる
温調回路１ではベース電圧Ｖｂｅを用いてフィードバッ
ク制御しているが、本発明はこれに限られるものではな
く、任意の方法でベースＴｂとエミッタＴｅ間の電圧の
監視を行うことができる。

【００２４】また、上述した例ではトランジスタによる
温調回路１の電源Ｖｃｃと発熱用の電源Ｐｗとを別に設
けているが、これを同じ電源ラインから取るようにして
もよいことはいうまでもない。

【００２５】図２は簡略化したトランジスタによる温調
回路１の構成を示すものであり、図２において図１と同
じ符号を付した部材は同一または同等の部材であるの
で、その詳細な説明を省略する。図２において、６はデ
ジタル回路のラッチ回路であり、図１に示される記憶器
４と制御回路２に代わって設けられるものであり、デー
タ入力部６ｄがＯＰアンプ３、クロック入力６ｃが発振
器５、データ出力が抵抗Ｒ₂ を介してスイッチＳｗに接
続される。

【００２６】したがって、前記ラッチ回路６は、温度測
定状態Ｔ₁ である間に可変抵抗Ｒｖの設定値（設定温
度）ＶｓとトランジスタＴのベース電圧（発熱部温度）
Ｖｂｅの差を示すアナログ値３ｏを取り入れて、このア
ナログ値３ｏを大か小かの２値の比較で判定する。そし
て、ラッチ回路６は切換え信号Ｐの立ち下がりで判定値
を記憶し、続く温度調整状態Ｔ₂ の間、前記判定値に基
づいてトランジスタＴをオンまたはオフに制御する。し
たがって、本例はトランジスタによる温調回路１の構成
を図１の構成より簡略化するものである。

【００２７】今、可変抵抗Ｒｖの設定値Ｖｓに対してト
ランジスタＴのベース電圧Ｖｂｅが高いとすると、ＯＰ
アンプ３の出力アナログ値３ｏが大となるので、切換え
信号の立ち上がり時に、ラッチ回路６はハイレベルをラ
ッチする。そして続く温度調整状態Ｔ₂ の期間中ラッチ
回路６の出力６ｑによって、トランジスタＴを加熱す
る。次の温度測定状態Ｔ₁ で温度が上昇し設定温度を上
回ると、トランジスタＴのベース電圧Ｖｂｅが下がり、
ベース電圧Ｖｂｅが設定値Ｖｓより低くなるので、ＯＰ
アンプ３の出力も小さくなり、ラッチ回路６はローレベ
ルをラッチする。そして、続く温度調整状態Ｔ₂ の期間
中、トランジスタＴに電流が流れないので、トランジス
タＴの温度を下げることができる。そして、このオンオ
フ動作の繰り返しによって温調が行われる。

【００２８】図３は図１に示したトランジスタによる温
調回路１を応用した例を示すものである。本例のトラン
ジスタによる温調回路１’は上述のトランジスタによる
温調回路１を複数個含む集積回路であって、電源入力部
Ｖ，Ｇと、各トランジスタＴ₁ 〜Ｔ_n の温度設定を行な
う設定温度入力部Ｓ₁ 〜Ｓ_n と、各トランジスタＴ₁〜
Ｔ_n のベースにそれぞれ接続される制御信号出力部Ｂ₁
〜Ｂ_n とを有している。回路の動作は図１に示したもの
と同じであるので、その説明を省略する。また、温調回
路１の構成は、図１に示したものに限られるものではな
く、図２のものを用いても、これらの変形例を用いても
よいことは言うまでもない。

【００２９】上述のようなトランジスタによる温調回路
１’を用いることにより、各トランジスタＴ₁ 〜Ｔ_n を
各別に任意に温度調節することが可能となる。しかも、
各トランジスタＴ₁ 〜Ｔ_n と温調回路１’は各々一対の
配線によって接続されているのみであるので、その構成
を可及的に簡素化できる。さらに、各トランジスタＴ₁
〜Ｔ_n は確実に同じ温度になるように各々制御されるの
で、本例のように設定温度入力部Ｓ₁ 〜Ｓ_n を同電圧と
することで、各部における温度のばらつきが生じないよ
うに多数の熱源となるトランジスタＴ₁ 〜Ｔ_n をそれぞ
れ制御し、分析計などの温度ドリフトの影響をなくすた
め、基盤全体を均一の温度となるようにすることが極め
て容易に行える。

【００３０】なお、本例では、温度の均一化を図るため
に設定温度入力部Ｓ₁ 〜Ｓ_n の電圧を同電圧としている
が、これを各々任意の温度に対応する電圧に設定しても
よいことは言うまでもない。また、複数のトランジスタ
を制御するのみならず、単一のトランジスタによる温調
回路１を集積化してもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ヒータとセンサを同一のトンランジスタとすることで、
発熱部の構成が単純になるだけでなく、センサ部と発熱
部との熱結合のばらつきなどの影響を受けることが全く
なくなる。つまり、センサ部および発熱部の取付け方法
や周りの環境などの影響を受けることなく、発熱部の温
度を一定にすることができる。また、前記トランジスタ
のベース電圧によって温度を測定する温度測定状態と、
制御電流をベースに供給する温度調整状態を短い周期で
交互に切り換えるように制御する場合には、トランジス
タのベース−エミッタ間の電圧の監視をベース電圧によ
って正確に行うことができ、正確に発熱量を調節するこ
とができる。そして、設定温度を変更するときはベース
電圧の設定値を変更することで極めて容易に行うことが
できる。

【００３２】さらに、前記温度測定状態が温度調整状態
に比べて充分に短くなるように切り換え制御する場合に
は、温度測定状態の間にトランジスタにより加熱される
ことを可及的に抑えることができる。そして、前記比較
結果の記憶および制御電圧の出力をオンオフ動作のデジ
タル制御によって行なう場合には、構成が簡素化できる
利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のトランジスタによる温調回路の一例を
示す図である。

【図２】前記トランジスタによる温調回路の変形例を示
す図である。

【図３】前記トランジスタによる温調回路を用いた別の
変形例を示す図である。

【図４】従来のヒータを用いた温調回路の例を示す図で
ある。

【図５】従来のトランジスタによる温調回路の例を示す
図である。

【符号の説明】

１…トランジスタによる温調回路、３…比較器、３ｏ…
比較結果、４…記憶器、４ｏ…ホールドされた比較結
果、５…発振器、６…ラッチ回路、Ｉｂ…制御電流、Ｐ
…切換え信号、Ｓｗ…スイッチ、Ｔ…トランジスタ、Ｔ
ｂ…ベース、Ｔｅ…エミッタ、Ｔ₁ …温度測定状態、Ｔ
₂ …温度調整状態、Ｖｂｅ…ベース電圧、Ｖｓ…ベース
電圧の設定値。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱源としてトランジスタのコレクタ損失
   による発熱を利用すると共に、トランジスタの温度フィ
   ードバック制御を同一トランジスタのベース−エミッタ
   間の電圧の監視によって行なうことを特徴とするトラン
   ジスタによる温調方法。
2. 【請求項２】 前記トランジスタのベースに電流を供給
   し、このときのベース電圧を設定温度に対応するベース
   電圧の設定値と比較して比較結果を記憶する温度測定状
   態、および、記憶された比較結果を基にトランジスタが
   設定温度に近づくようなコレクタ電流を流すための制御
   電流をベースに供給する温度調整状態を短い周期で交互
   に切り換えるように制御することによりトランジスタの
   温度を設定温度に温調する請求項１に記載のトランジス
   タによる温調方法。
3. 【請求項３】 前記温度測定状態が温度調整状態に比べ
   て充分に短くなるように切り換え制御する請求項２に記
   載のトランジスタによる温調方法。
4. 【請求項４】 前記比較結果の記憶および制御電圧の出
   力をオンオフ動作のデジタル制御によって行なう請求項
   ２または３に記載のトランジスタによる温調方法。
5. 【請求項５】 熱源としてコレクタ損失による発熱を利
   用するトランジスタのベースに一定の電流を供給してベ
   ース電圧を測定する温度測定状態と制御電流を供給する
   温度調整状態を切り換えるスイッチと、温度測定状態に
   おけるベース電圧を設定温度に対応するベース電圧の設
   定値と比較する比較器と、温度測定状態から温度調整状
   態に切り換わるときに比較結果をホールドすることで温
   度調整状態においてホールドされた比較結果を基にトラ
   ンジスタのベースへの制御電流を可変出力可能とする記
   憶器と、前記スイッチおよび記憶部の状態を短い周期で
   交互に切り換える切換え信号を供給する発振器とを有す
   ることを特徴とするトランジスタによる温調回路。
6. 【請求項６】 前記切換え信号が温度測定状態を温度調
   整状態に比べて充分に短くするパルス信号である請求項
   ５に記載のトランジスタによる温調回路。
7. 【請求項７】 前記比較結果の記憶および制御電圧の出
   力をラッチ回路によって行う請求項５または６に記載の
   トランジスタによる温調回路。