中 華 大 學 碩 士 論 文
OCXO 之兩點溫控電路探討與研究
Two Point Temperature Controlled circuit for OCXO Application
系 所 別：電機工程學系碩士班 學號姓名：M09701019 余柏賢 指導教授：高曜煌 博士
中 華 民 國 100 年 9 月
i
摘要
本篇論文主要是研究恆溫控制石英晶體震盪器(Oven Controlled Crystal Oscillator-OCXO)的兩點溫控電路，內容分為三部分，第一部分是溫箱電路，藉
由開迴路電路的溫度量測，量測出一組數據，再利用spice 軟體的最佳化模擬出
一組近似於實驗量測的數據，並且利用spice 參數的萃取，得到溫箱等效電路的
電阻值與電容值。
第二部分是兩個溫度感測器與加熱器模型的設計，因為實驗量測到的溫度變 化，在模擬上不能完善的表達出來，要藉由電壓的變化來取代溫度的變化，所以 不能直接使用原本的電子元件去模擬，因此要針對各種電子元件的特性去設計出 等效模型。
第三部分是整體閉迴路電路(兩點溫控電路)設計，藉由前面溫箱與模型的設 計，可以結合成一個兩點溫控電路，根據電路可以去模擬各種參數的變化，對整 個兩點溫控電路的影響，例如:溫度穩定點的改變、加熱速率的改變。也可以利 用此電路模擬單點溫控電路與兩點溫控電路的比較。
根據研究指出兩點溫控電路優於單點溫控電路，兩點溫控電路在溫度穩定之 後，會呈現出一條平坦的直線，而不會像單點溫控電路，在溫度穩定之後，溫度 會有上下震盪的現象。
關鍵詞: OCXO(恆溫石英晶體控制震盪器)、開迴路電路、閉迴路電路
ii
ABSTRACT
This thesis mainly studies Oven-Controlled Crystal Oscillator (OCXO) with two- point temperature compensation for frequency stability. The study is divided into three parts. The first is the investigation of temperature chamber. In order to cooperate with the spice simulation the equivalent circuit of the chamber is first presented.
Temperature is presented by voltage, heat mass is represented by capacitance, and thermal resistance is represented by resistor. The parameters of the circuit are extracted out from the optimization program. The second is the construction of equivalent circuit models of two thermal sensors and heater. In the heater the temperature is represented by the voltage and thermal power is represented by the current source. After constructing the electric models, the closed loop circuit is performed to account for the feedback loop of the thermal system. The advantages of the simulated system are the quick responses of changing system’s parameters. With two sensors the transition time to steady state is shorter than that in one sensor’s case.
The study shows that two-point method is superior to that with single point case.
Keyword: OCXO (Oven Controlled Crystal Oscillator) , turn on in the return circuit , close the return circuit
iii
致謝
首先感謝指導教授高曜煌博士的耐心教導，在老師細心的指導下，讓我學習 到很多通訊領域與高頻電路設計相關的知識，跟著老師學習與討論，從中吸收許 多寶貴的知識。從老師多年來的教學經驗與分析問題解決的能力，也讓我培養出 學習做事的態度與解決問題的能力，很感謝老師耐心指導我學習，並且讓我從中 學習到許多做人處事的道理。
於研究所的求學過程中，感謝交大學長威宇對於相關知識的教導與解決問題 的方向，讓我從中獲益匪淺。接著感謝實驗室 盧志良、阿佑、，等同學與學弟 讓平凡無奇且煩躁的研究所生活多了那麼一點樂趣。
最後，感謝默默付出的父母與姐姐給予我最大的支持與實質上的鼓勵讓我順 利完成碩士學歷。
iv
目錄
摘要... i
ABSTRACT ... ii
致謝... iii
目錄... iv
圖目錄... vi
表目錄... viii
第一章... 1
序論... 1
1.1 石英晶體震盪器... 1
1.2 恆溫控制石英晶體震盪器的概況... 1
1.3 介紹已知的溫控方法... 4
1.4 研究方法... 5
第二章... 8
溫箱、感測器及加熱器模型建立... 8
2.1 前言... 8
2.2 溫箱等效電路模型的建構... 8
2.2 開迴路(溫箱)實驗 ... 10
2.3 參數的萃取... 12
2.4 兩個溫度感測器與加熱器的建立... 17
第三章... 22
模擬比較與探討... 22
3.1 閉迴路電路說明... 22
3.2 閉迴路電路實驗... 23
3.3 觀察各種變數變化現象... 26
v
第四章... 28
討論兩個溫度感測器與一個溫度感測器的比較... 28
4.1 兩個溫度感測器與一個溫度感測器的比較... 28
4.2 外在環境溫度的變化對溫控電路的影響... 29
第五章... 30
結論... 30
參考文獻... 31
vi
圖目錄
圖1.OCXO 產品物理結構圖 ... 2
圖2.OCXO 實體圖 ... 3
圖3.頻率溫度特性圖... 3
圖4.OCXO 頻率與時間量測圖 ... 4
圖5.單一溫度感測器系統圖... 5
圖6.單一溫度感測器 OCXO 時間與溫度關係圖 ... 5
圖7.兩個溫度感測器系統圖... 6
圖8.OCXO 物理結構圖 ... 8
圖9.溫箱等效電路... 9
圖10.電路板正面... 10
圖11.電路板背面 ... 10
圖12.密閉空間圖...11
圖13.量測環境圖...11
圖15.參數萃取流程圖... 12
圖16.T1 時間與溫度關係圖 ... 15
圖17.T2 時間與溫度關係圖 ... 16
圖18.T3 時間溫度與關係圖 ... 16
圖19.電阻與溫度關係圖... 17
圖20.電壓與電流關係圖... 18
圖21.第一個溫度感測器模型圖... 18
圖22.二極體等效電路圖... 19
圖23.溫度與電壓關係圖... 19
圖24.第二個溫度感測器模型圖... 20
圖25.熱流與電壓關係圖... 20
vii
圖26.加熱器模型圖... 21
圖27.實驗與模擬比較圖... 21
圖29.電路板... 23
圖30.密閉空間圖... 23
圖31.量測環境圖... 24
圖32.溫度對時間關係圖... 24
圖33.實驗與模擬比較圖... 25
圖34.溫度與時間關係圖(加熱器) ... 26
圖35.溫度與時間關係圖(設定的工作區電壓) ... 27
圖36.溫度與時間關係圖(位準直流) ... 27
圖37.一個溫度感測器溫度與時間關係圖... 28
圖38.兩個溫度感測器溫度與時間關係圖... 29
圖39.一個與兩個溫度感測器比較圖... 29
viii
表目錄
表1.溫箱參數值………17
1
第一章 序論 1.1 石英晶體震盪器
石英晶體震盪器是包含一顆石英晶體以及一顆IC 構成震盪迴路 [1-4]。目前 石英晶體震盪器的運用面極廣，經常應用於通訊、資訊及民生，包含普通石英晶 體震盪器(Simple Packaged Crystal Oscillator-SPXO):是一種既無溫度控制也無溫 度補償的石英晶體震盪器，所以頻率的穩定度是最差的通常應用於微處理器 [1-4] 。 溫 度 補 償 石 英 晶 體 震 盪 器 (Temperature Compensated Crystal Oscillator-TCXO):是利用附加溫度補償電路使周圍溫度變化產生的震盪頻率變化 量消減的石英晶體震盪器，具有體積小、重量輕等優點，經常應用於通訊、電子 設備中[1-4]。電壓控制石英晶體震盪器(Voltage Controlled Crystal Oscillator- VCXO)，是靠通過施加外部控制電壓，使輸出震盪頻率可以調整，具有頻率穩 定度高、調頻範圍寬等優點，因此FM 調整使用 VCXO[1-4]。恆溫控制石英晶體 震盪器(Oven Controlled Crystal Oscillator-OCXO):利用控溫電路使石英晶體震盪 器的溫度保持恆定，讓震盪器的輸出頻率因溫度的變化量極小降到最低，通常應 用於全球定位系統、通信基站中，將來更可使用到做微蜂巢通訊系統的基站中，
極具發展潛能。[1-4]。
1.2 恆溫控制石英晶體震盪器的概況
恆溫控制石英晶體震盪器(Oven Controlled Crystal Oscillator-OCXO)[5-18]是 目前頻率穩定度和精準度很高的晶體震盪器，隨著科技的進步，通信技術的不斷
提高，因此對於 OCXO 的規格提出更高的要求，往高精密度、高穩定度、低功
2
率、小型化發展[1-4]。當進入 90 年代以後，OCXO 的各種規格，都有了長足的 進步，例如功耗降低到1/10、體積減小到 1/20、重量減輕到 1/10、價格也大大的 降低[1-4]。
恆溫控制石英晶體震盪器(Oven Controlled Crystal Oscillator，OCXO) [5-17]，它
的主要結構是震盪電路、石英晶體、溫控電路所組成的，如圖1 與圖 2 所示。
由圖 1 得知，最外面是一個金屬保護殼，在金屬殼裡面，有一個電路板，主 要是溫控電路與震盪電路，而在這電路板下面，有另一個保護殼，是用來放置石 英晶體，而形成一個密閉空間。
圖1.OCXO 產品物理結構圖
溫控電路與 震盪電路 石英晶體
保護殼 外殼
3
圖2.OCXO 實體圖
由於石英晶體震盪器最重要的問題就是頻率溫度特性，當石英晶體震盪器的工作 溫度變化時，讓晶格產生變型，而導致頻率變化，然而各種切型的石英震盪器的 頻率都隨溫度有一定的變化[1-4]，例如 SC 切石英晶體震盪器的頻率溫度特性 圖，如圖3，從 60 度到 120 度頻率變化從-2.5ppb-0.5ppb，(ppb: parts per million)，
溫度80 度到 90 度之間的頻率變化最為平坦，若能利用控溫電路來維持在頻率穩
定度最高的溫度，將會有最好的效果。
圖3.頻率溫度特性圖
4
由圖 4 得知，當啟動 OCXO 的時候，剛開始會不斷的加熱，加熱到一分鐘
左右之後，溫度達到設定的溫度點，大約是85 度，因為這點的頻率變化是最為
平坦，藉由圖3 可知道，溫度穩定在 85 度的時候，頻率的變化量幾乎是 0ppb。
因此若能設計一個良好的控溫系統對 OCXO[5-17]頻率的穩定性會有很大的幫
助，是本篇論文主要探討的內容。
圖4.OCXO 頻率與時間量測圖
1.3 介紹已知的溫控方法
OXXO[5-17]常用的控溫電路有兩種，一種是用單一的溫度感測器去感測工 作區的溫度，採用PID(Proportional Integral Derivative)控制與 PWM(Pulse-Width Modulation)震盪輔助控制[2、18]，如圖 5 所示。當第一個感測器感應到一
個溫度之後，與固定電壓做一個比較，得出另一個電壓，在進入PID 與 PWM 控
制，在進入加熱器，轉成熱流，進入溫箱。
5
圖5.單一溫度感測器系統圖
然而這種方法有兩個主要的缺點，第一個因為利用到 PID 控制，所需要的
電路元件會比較多，造成整個電路板的面積會比較大，第二個是溫度穩定的時候 會受到PWM 影響，而產生震盪，如圖 6。
圖6.單一溫度感測器 OCXO 時間與溫度關係圖
令一種方法則是利用兩個溫度感測器去感測溫度的變化[9、19]，也是我接下來 要研究的主題。
1.4 研究方法
藉由OCXO[5-17]這個產品，對它的物理結構，做出它的等效電路，稱之為
6
溫箱，然後對ocxo 做開迴路實驗，得出一組實驗數據，利用 spice 的最佳化程式，
算出一組近似於實驗數據的模擬數據與等效電路中的電阻值與電容值，完成溫箱 的等效電路。
再來對整個電路中的三個元件，兩個溫度感測器與加熱器，針對他們對溫度 與電壓的特性，設計出元件模型，在加上溫箱的等效電路，組合成一個閉迴路溫 控系統，如圖7。
圖7.兩個溫度感測器系統圖
溫度感測器1 是為了維持工作區的穩定溫度，溫度感測器 2 則是偵測外在環境溫
度變動，此系統採負回授控制，當溫度超過設定的溫度點時，電壓就會下降，熱 流會減少，反之，當溫度低於設定的溫度點時，電壓就會上升，熱流會增加，而 形成一個溫控系統，藉由這個系統的模擬結果，和實驗數據去比對、討論，也可 以藉由模擬改變各種情況與數據，達到預測的效果，並且加以改善它，就不用對 實際上的產品上面動手腳，有事半功倍的效果。
7
1.5 論文的架構
第一章介紹石英晶體震盪器、ocxo 與常用的溫控方法(單點)，之後對本篇論 文的研究方法做個簡單的敘述。第二章介紹溫箱等效電路的建構、spice 最佳化 以及三種元件模型的建立。第三章介紹完整電路的模擬與實驗的比較，還有各種 參數的變化對整個電路的影響。第四章是討論兩個溫度感測器與一個溫度感測器 的比較。第五章是結論。
8
第二章
溫箱、感測器及加熱器模型建立 2.1 前言
由於實驗電路板上面探測到的溫度變化，在模擬時並不能完整的表現出來，
量測到的溫度點，在模擬的時候，改成電壓表示，因此要建立三種模型，做出一 個等效電路，再去跟實驗電路去比較分析。
2.2 溫箱等效電路模型的建構
首先要對熱學的基本理論-熱傳導、熱對流、熱輻射有基本的認識，根據這 些理論，才可以推導系統的熱能方程式[21]，由於這邊需要大量的數學方程式，
才能算出系統方程式的參數，會需要大量的時間與精神，因此吾人會借用SPICE
軟體的最佳化，利用它來代替吾人來算複雜的數學方程式，會省去不少時間。
藉由 OCXO 的物理結構圖，並考慮熱學的理論，加入熱阻與熱容，金屬殼 的大小是35mm*25mm*16mm，如圖 8。
圖8.OCXO 物理結構圖
金屬殼
9
由圖8 得知震盪器、加熱器、金屬殼本身都有存在熱容，彼此之間都有一段
距離，所以也有熱阻的消耗，其中C1:加熱器的熱容，C2:震盪器的熱容，C3:金
屬殼的熱容；R1:heater 與金屬殼之間的熱阻；R2:震盪器與 hater 之間的熱阻；
R3:震盪器與金屬殼之間的熱阻；R4:金屬殼與電路板之間的熱阻；接地:冰點。
藉由 ocxo 物理結構圖對它設計出一個溫箱等效電路如圖 9[7、11、12]。
R2
R1
R3 R4
C2 C3 C1
室溫 T2
T3
i T1
加熱器
圖9.溫箱等效電路
由圖9 得知電流源表示加熱器的輸出，C1 是加熱器的熱容，C2 是震盪器的 熱容，C3 是金屬殼的熱容，R1 是加熱器到金屬殼之間的距離有熱阻的消耗，R2 是加熱器到震盪器之間有熱阻的消耗，R3 是震盪器與金屬殼之間的距離有熱阻 的消耗，R4 是金屬殼與電路板之間的距離有熱阻的消耗，T1 為溫度感測器 1 的 溫度點，T2 為震盪器的溫度點，T3 為溫度感測器 2 的溫度點。
10
2.2 開迴路(溫箱)實驗
由上一節計出溫箱等效電路，但是電阻值與電容值無法得知，所以要做兩
個步驟來得出數值，第一個步驟是做開迴路實驗，如圖10 與圖 11。
圖10.電路板正面
圖11.電路板背面
量測T1、T2、T3 的溫度對時間的曲線，將電路板放置在一個密閉空間裡面，如
圖12。
T1 T3
T2
11
圖12.密閉空間圖
進行T1、T2、T3 溫度的量測，量測時間大約為 10 分鐘，每 0,1 秒抓一次溫度。
量測的環境如圖13。
圖13.量測環境圖
12
經由這次實驗得出溫度對時間的關係圖，經過約 500 秒的時間，溫度才會穩定，
T1 的溫度穩定點 150 度，T2 的溫度穩定點 1200 度，T3 的溫度穩定 110 度如圖 14。
圖14.溫度對時間關係圖
2.3 參數的萃取
由上一節得知，溫箱實驗的曲線&等效電路圖，但是不知道電容值與電阻 值，所以第二步驟要利spice 的最佳化程式去萃取出參數，流程圖如圖 15。
圖15.參數萃取流程圖
13
開迴路實驗數據為物理系統與最佳化程式不斷的去做比較，當誤差大於設定值，
就會在利用最佳化程式，在去萃取出一組新的數值，直到誤差小於設定值，就可 以逼出一組最接近的參數值。
最佳化spice 程式如下：
A SIMPLE R-C CIRCUIT TEST I1 0 1 pulse (0 2 0ns 0ns 0ns)
*具有0W&2W兩種準位，當t=0，波形0瓦，當t=0，波形開始上升，上升時間為0。
c1 1 0 cx r1 1 3 rx r2 1 2 r1x r3 2 3 r2x r4 3 4 r3x v1 4 0 26.3 c3 3 0 c2x c2 2 0 c3x
*電路圖寫法。
.model optrc opt
*設定最佳化的選項,設為預設值。
.option post
*讓波形圖變的比較好看。
.param cx=optrc(436m,100m,500m) + rx=optrc(46,1,50) + r1x=optrc(273,100,400)
14
+ r2x=optrc(25,1,50) + r3x=optrc(48,1,50) + c2x=optrc(1,0,5) + c3x=optrc(1.2,1,5)
*設定輸入變數的預估值與範圍(預估值,下限值,上限值)。
.tran data=gate optimize=optrc results=comp1 model=optrc .tran data=gate optimize=optrc results=comp2 model=optrc .tran data=gate optimize=optrc results=comp3 model=optrc
*跑tran的最佳化，以 gate當作我們要逼近的曲線，使用rc這組電路模型，把這兩 組的比較結果丟到comp model。
.measure tran comp1 err1 par(T1) v(1) .measure tran comp2 err1 par(T2) v(2) .measure tran comp3 err1 par(T3) v(3)
*最佳化分析，使用err1誤差函數(最小平方法)，去比對par(資料值)&v(模擬值)，
誤差設定為1％。
.tran data=gate
*令跑最佳化的data為gate資料夾。
.param s=0.1,T1=26.3,T2=26.3,T3=26.3
*設定資料的初始值。
.data gate s T1 T2 T3 0.1 25.4 24.8 25.8
0.2 25.4 24.8 25.7 0.3 25.4 24.8 25.8 0.4 25.4 24.8 25.8
： ： ： ：
： ： ： ：
15
： ： ： ：
： ： ： ： .enddata
*實驗數據。
.end
利用上面的最佳化程式模擬出近似於一組溫箱等效電路的實驗曲線，經過約 500 秒的時間，溫度才會穩定，T1 的溫度穩定點 150 度，T2 的溫度穩定點 120 度，
T3 的溫度穩定 110 度，如圖16、圖 17 與圖 18。
圖16.T1 時間與溫度關係圖
16
圖17.T2 時間與溫度關係圖
圖18.T3 時間溫度與關係圖
17
再利用最佳化程式萃取出溫箱等效電路中的電容值與電阻值如表1 所示
表1.溫箱參數值
電路元件 數值
C1 436.3461mF C2 1.2028F C3 1.0362F R1 46.8424 Ω R2 273.5339 Ω R3 25.8829 Ω R4 48.3247 Ω
2.4 兩個溫度感測器與加熱器的建立
經由開迴路實驗可以量測出溫度的變化，但是溫度的變化在模擬電路的時 候，不能完整的表現出來，必須建立出模型，做出等效電路[23]，在溫控電路中，
有兩個溫度感測器來感測溫度的變化，第一個溫度感測器是一個熱敏電阻，電阻
值會隨著溫度的不同而改變大小，如圖19。
圖19.電阻與溫度關係圖
18
熱敏電阻的等效電路是用一個電壓控制電流源去取代它，所以把溫度跟電阻
的關係圖等效成電壓跟電流的關係圖，如圖20。
圖20.電壓與電流關係圖
藉由圖21 可以設計出熱敏電阻的模型如圖 21，其中，G 表示 IV 關係圖的斜率。
此模組的方程式為y=0.043+0.0085(x-25) 。
圖21.第一個溫度感測器模型圖
19
第二個溫度感測器是一個二極體，二極體的物理結構等同於一個電阻再串聯 一個電壓源，如圖22。
圖22.二極體等效電路圖
並且把溫度與電壓的關係圖考慮進去，斜率=-0.0016，如圖 23。
圖23.溫度與電壓關係圖
考慮這兩種因素可以設計出第二個溫度感測器的模型為如圖24，一部分是二極
20
體的等效電路(R15 與 V2)，令一部分則是利用圖 23 設計出一個電壓轉電壓源 (V4)，其中 R15=52Ω，V2=0.7V。
圖24.第二個溫度感測器模型圖
最後一個要設計的模型是加熱器，先對這個元件做加熱能力對應於電壓的實驗，
如圖25。
圖25.熱流與電壓關係圖
由於是熱流與電壓的關係圖，所以可以用電流源轉電壓源的模型去等效於加熱
21
器，如圖26，此模組的方程式為 y=0.221+4.54(x-0.6)，G=4.54。
v GV I4
V3
圖26.加熱器模型圖
藉由上面可以比較實驗與模擬的差異圖，如圖 27，由於溫控電路啟動的時候，
電壓的範圍都在0.5V–1.5V 之間，所以模型只針對那個區域去做設計。
圖27.實驗與模擬比較圖 工作區
22
第三章
模擬比較與探討
3.1 閉迴路電路說明
第二章建立出各種模型之後，就可以設計出整個閉迴路電路，如圖 28
Vdd
室溫 加熱器 溫箱
溫度感測器1
溫度感測器2
T1
T2 R7
R8 R11
R12
R13
R14 R15
R6
R9 R2
R3
R4 R1 R10
R15
C5
C2 C1
C3 V1
V2
V3 I1
I2 V4
I3 I4
圖28.閉迴路電路
溫度感測器1 的模型與溫度感測器 2 的模型連結到溫箱的對應點，利用兩個溫度
感測器的對溫度的特性，做一個控制，溫箱的 T1 量測點連結到溫度感測器 1，
T2 量測點連接到溫度感測器 2，得到一個電壓，利用 R7 與 R8 的設定工作去穩 定的溫度，得到令一個電壓，再經由放大氣的影響，比較出一個電壓，進入加熱 器模型之後，轉成一個熱流，進入溫箱，當溫度超過設定的溫度點時，電壓就會 下降，熱流會減少，反之，當溫度低於設定的溫度點時，電壓就會上升，熱流會 增加，而形成一個溫控系統。
23
3.2 閉迴路電路實驗
使用ocxo 的溫控電路，做閉迴路的實驗，做 T1 與 T2 的溫度變化，
如圖29，將電路板放置在一個密閉空間裡面，如圖 30，
圖29.電路板
圖30.密閉空間圖
T1
T2
24
進行T1、T2 溫度的量測，量測時間大約為 10 分鐘，量測的環境如圖 31。
圖31.量測環境圖
每0,1 秒抓一次溫度。量測出來的溫度曲線如圖 32，經過 200 秒之後，電路板溫 度趨近於穩定，T1 的溫度穩定點 100 度，T2 的溫度穩定點 80 度。
圖32.溫度對時間關係圖
25
3.2 模擬與實驗比較
藉由上一節的閉迴路電路設計，去跑整個模擬與實驗的比較，去跑整個模擬 與實驗的比較，如圖33。
圖33.實驗與模擬比較圖
由於溫度感測器1 的模型與實驗有誤差存在，模型只能建構出線性的線，但是實
驗結果是非線性的曲線，以及加熱器的模型一樣不能完整表現出實驗的結果，在 加上，實驗量測的溫度曲線，在模擬的時候，是經由一個轉換，藉由電壓的方式 去呈現，並不能完整的表現出實驗的溫度變化，造成整個，造成整個閉迴路的模 擬跟實驗有一段的誤差存在，這個誤差可以藉由下一節的延究來獲得改善。
26
3.3 觀察各種變數變化現象
藉由閉迴路的等效電路設計，然後去調整一些元件的數值，觀察整個模擬情 形的變化，對整個控溫電路所造成的影響。
改變加熱器的能力大小，如圖 34，當加熱的能力為零的時候，就不會有溫度上
升的效果，一直維持在初始的溫度，當加熱能力較低的時候，溫度上升的曲線會 比較緩慢，比較慢達到溫度穩定點，相反的，加熱能力高的時候，溫度上升的曲 線會比較陡峭，比較快達到溫度穩定點。但是由於加熱器的模擬與實驗的比較不 夠完善，當加熱器的能力太大的時候，會造成工作區的範圍改變，所以就要重新 量測新的電壓與熱流的關係圖，在對它來設計新的模型。
圖34.溫度與時間關係圖(加熱器)
改變設定的穩定溫度點，閉迴路電路是利用R7 與 R8 分壓原理得到一個電壓，
而此電壓是工作區穩定點的溫度，當把這個電壓值調高之後，工作區穩定點的溫
度也將會升高，如圖35，原始的溫度穩定點在 90 度，電壓提高之後，令一個溫
度穩定點在140 度。
27
圖35.溫度與時間關係圖(設定的工作區電壓)
微調設定的溫度點，可利用位準直流(R3、R4 與 R5)來達成，如圖 36，移除之後 溫度的穩定點跟原始的比較，差在五度以內，具有微調的效果。
圖36.溫度與時間關係圖(位準直流)
28
第四章
討論兩個溫度感測器與一個溫度感測器的比較 4.1 兩個溫度感測器與一個溫度感測器的比較
由前面幾章，可以了解到兩點溫控電路的實驗與模擬結果以及一些參數對整 個電路的影響，但是不太能感受出兩個溫度感測器對整個電路的好處在哪，所以 要在做一些實驗與模擬，來證明出兩個溫度感測器有存在的必要。
由前面可以知道一個溫度感測器與兩個溫度感測器的溫控系統，藉由它們兩
個實驗結果去做比較它們的優劣，如圖37 與圖 38，由圖得知，當一個溫度感測
器，溫度穩定的時候，仍然會有些許的溫度上下震盪，但是當使用兩個溫度感測 器做控制的時候，就可以有效改善這個缺點，溫度相當的穩定。
圖37.一個溫度感測器溫度與時間關係圖
29
圖38.兩個溫度感測器溫度與時間關係圖
4.2 外在環境溫度的變化對溫控電路的影響
在整個閉迴路電路，在室溫的地方加入一個±5V 的 Vsin 波，表示外在環境
溫度的變化，接著做一個溫度感測器與兩個溫度感測器的模擬，如圖 39，兩個
溫度感測器在200-500 秒之間的溫度飄移量略大於一個溫度感測器，得知兩個溫
度感測器的控制力會比一個溫度感測器好。
圖39.一個與兩個溫度感測器比較圖
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第五章 結論
由前面幾章得知兩個溫度感測器控制的效果比一個溫度感測器控制的效果 還要好，那如果是更多個溫度感測器去控制，效果會不會比兩個溫度感測器還要 好，或者只是畫蛇添足，多此一舉的效果呢？然而要放更多個溫度感測器的話，
那它的位置，要怎麼擺放，是一個值得探討的地方。
溫箱等效電路可以考慮更多的變數進去，像其他元件本身也都有熱容的存 在，彼此之間也都有熱阻的消耗，可以藉由實驗量測出更多點的溫度變化，讓整 個物理結構更完善，也讓溫箱等效電路更趨於實際情況。
模型的實驗結果，有些都是屬於非線性區線，但是模型的設計都是採用線性 區線，造成模擬與實驗有誤差的存在，未來模型的設計如果也能設計出非線性區 線，會讓整個模擬結果跟趨近於實驗，讓模擬結果更有參考的價值
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