組裝精密溫度控制系統(tǒng)通常會帶來兩個特殊的設(shè)計挑戰(zhàn)：
    準(zhǔn)確且經(jīng)濟(jì)高效地感測要控制的溫度。
    通過控制電路閉合溫度傳感器與熱源和/或冷卻源之間的反饋回路，包括高增益和動態(tài)穩(wěn)定，可補償熱控制系統(tǒng)中常見的大時間延遲和相位滯后。

    

 

     圖 1顯示了一種恒溫器設(shè)計，該設(shè)計結(jié)合了針對這兩個挑戰(zhàn)的不尋常（模擬）解決方案。

    一種是基于普通自校準(zhǔn)小信號晶體管 (2N3904) 的可變采樣率（可通過Rf 調(diào)節(jié)）ΔVbe 溫度傳感器。另一個是非線性收斂強(qiáng)制 TBH（收回一半）集成熱反饋環(huán)路。
    圖 1 Delta-Vbe 溫度傳感器與收回一半積分控制環(huán)路相結(jié)合。
    其工作原理如下：IC2a 和 IC2b 形成一個由電位器 Rf 控制的可變頻率（1Hz 至 100Hz）方波振蕩器。這驅(qū)動 2N3904 的 delta-Vbe 溫度測量周期。IC2b 引腳 1 以 10:1（理想情況下為 10.0255:1）的比率調(diào)制溫度傳感器偏置電流，以生成 PTAT（與溫度成比例）峰峰值交流信號：
    Vt = log 10 ( 10.0255 )/5050 = 198.24 V/ o K。
    IC5b 將其放大，增益系數(shù)為 10.091:1，產(chǎn)生的凈 PTAT 信號為：
    198.24 V/ oK * 10.091 = 2000.4 ?V/ oK。
    該 2 mV/ o K 交流信號由 IC2a 同步整流，產(chǎn)生的直流電施加到積分放大器 IC5a 作為溫度控制反饋。
    IC5a 累積 PTAT 信號和 Vs（溫度設(shè)定點）電壓之間的差值，積分時間常數(shù)為F。F與Rf設(shè)定的IC2a-b振蕩頻率成反比，因此與Rf成正比，因此在1至100秒的范圍內(nèi)可變。稍后我們將探討如何使用 PTAT – Vs 反饋信號來控制系統(tǒng)溫度，對此進(jìn)行更多介紹。
    Vs 由 IC4 精密 5.00 V 參考電壓編程，根據(jù)以下關(guān)系由 Rb/(Ra + Rb) 分壓器縮放：
    Ts = 設(shè)定點溫度 ( o K) = ( o C + 273.1) = 500Vs = 500(5(Rb/(Ra + Rb))) ,
    Rb/(Ra + Rb) = Ts/2500 ,
    2500Rb = Ts(Ra + Rb)、
    Rb(2500 – Ts) = RaTs和
    Rb = RaTs/(2500 – Ts)。
    對于某些示例（使用標(biāo)準(zhǔn)電阻值），如果 Ra = 110k：
    0 o C 需要 Rb = 13.5k，
    25 o C 需要 Rb = 14.9k，
    30 o C 需要 Rb = 15.2k，
    50 o C 需要 Rb = 16.4k ,
    75 o C 需要 Rb = 17.8k ,
    100 oC要求Rb= 19.3k等
    。
    這就引出了 IC5a 積分的 PTAT – Vs 差分信號如何轉(zhuǎn)換為加熱器控制信號的問題。
    模擬大師 Jim Williams 表示：“伺服系統(tǒng)和振蕩器之間的不幸關(guān)系在熱控制系統(tǒng)中非常明顯?！?（線性應(yīng)用手冊，1990）。高性能溫度控制無疑是理論上看起來很容易但實踐起來并不那么容易的主題之一。加熱器負(fù)載熱時間常數(shù)與加熱器傳感器響應(yīng)延遲共同作用，在需要恒溫的地方產(chǎn)生劇烈的振蕩不穩(wěn)定。
    多年來，人們設(shè)計了許多反饋技術(shù)和控制策略來馴服溫度控制伺服回路中的動態(tài)穩(wěn)定性小魔怪。其中許多想法都結(jié)合了溫度控制誤差項 (TS T) 的積分，以迫使控制環(huán)路誤差向零收斂。
    圖 1 中實現(xiàn)的方法就是這樣一種誤差項積分方案。幾十年來，我在許多應(yīng)用中使用了它，并將其命名為 TBH =“收回一半”。
    除了溫度控制之外，它還有其他應(yīng)用。一個例子可以在這里看到，另一個例子可以在這里看到。