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1、1第四節(jié)第四節(jié) 半導體溫度傳感器半導體溫度傳感器 v半導體溫度傳感器以半導體半導體溫度傳感器以半導體P-N結(jié)的溫度特結(jié)的溫度特性為理論基礎(chǔ)。性為理論基礎(chǔ)。 v當當P-N結(jié)的正向壓降或反向壓降保持不變時，結(jié)的正向壓降或反向壓降保持不變時，正向電流和反向電流都隨著溫度的改變而變正向電流和反向電流都隨著溫度的改變而變化，而當正向電流保持不變時，化，而當正向電流保持不變時，P-N結(jié)的正結(jié)的正向壓降隨溫度的變化而近似于線性變化向壓降隨溫度的變化而近似于線性變化，大，大約以約以-2mV/的斜率隨溫度變化。的斜率隨溫度變化。v因此，利用因此，利用P-N結(jié)的這一特性，可以對溫度結(jié)的這一特性，可以對溫度進行測量
2、。進行測量。2第四節(jié)第四節(jié) 半導體溫度傳感器半導體溫度傳感器 v半導體溫度傳感器利用半導體溫度傳感器利用晶體二極管晶體二極管與與晶體三晶體三極管極管作為感溫元件。作為感溫元件。v二極管感溫元件二極管感溫元件利用利用P-N結(jié)在恒定電流下，結(jié)在恒定電流下，其正向電壓與溫度之間的近似線性關(guān)系來實其正向電壓與溫度之間的近似線性關(guān)系來實現(xiàn)，由于它忽略了高次項非線性的影響，其現(xiàn)，由于它忽略了高次項非線性的影響，其測量誤差較大測量誤差較大。v若采用晶體三極管代替二極管作為感溫元件，若采用晶體三極管代替二極管作為感溫元件，能較容易地解決這一問題。能較容易地解決這一問題。3第四節(jié)第四節(jié) 半導體溫度傳感器半導體溫
3、度傳感器 v將將溫敏晶體管、傳感驅(qū)動電路、信號處理電溫敏晶體管、傳感驅(qū)動電路、信號處理電路等路等集成在同一芯片上的集成化溫度傳感器集成在同一芯片上的集成化溫度傳感器v其最大優(yōu)點是其最大優(yōu)點是直接給出正比于絕對溫度的理直接給出正比于絕對溫度的理想想的線性輸出的線性輸出，另外，體積小、成本低廉。，另外，體積小、成本低廉。因此，它是現(xiàn)代半導體溫度傳感器的主要發(fā)因此，它是現(xiàn)代半導體溫度傳感器的主要發(fā)展方向之一。展方向之一。4第四節(jié)第四節(jié) 半導體溫度傳感器半導體溫度傳感器 v集成溫度傳感器按輸出信號可分為集成溫度傳感器按輸出信號可分為電壓型電壓型和和電流型電流型兩種。兩種。v電壓型電壓型的溫度系數(shù)約為的
4、溫度系數(shù)約為10mV/；v電流型電流型的溫度系數(shù)約為的溫度系數(shù)約為1 A/。v這就很容易從它們輸出信號的大小換算成絕這就很容易從它們輸出信號的大小換算成絕對溫度，而且其輸出電壓或電流與絕對溫度對溫度，而且其輸出電壓或電流與絕對溫度成線性關(guān)系。成線性關(guān)系。5第四節(jié)第四節(jié) 半導體溫度傳感器半導體溫度傳感器 v該電路是在該電路是在差分對管電路差分對管電路的基礎(chǔ)上，用兩只結(jié)構(gòu)完的基礎(chǔ)上，用兩只結(jié)構(gòu)完全相同的全相同的PNP管管VT1和和VT3分別與測溫用的兩只分別與測溫用的兩只NPN管管VT2和和VT4串聯(lián)組串聯(lián)組成所謂的電流鏡成所謂的電流鏡PTAT 。vPTATProportional To Abso
5、lute Temperature6第四節(jié)第四節(jié) 半導體溫度傳感器半導體溫度傳感器 v兩兩PNP管具有完全相同的管具有完全相同的結(jié)構(gòu)和性能，且發(fā)射極偏結(jié)構(gòu)和性能，且發(fā)射極偏壓相同，故流過壓相同，故流過VT2和和VT4的集電極電流在任何的集電極電流在任何溫度下始終相等。溫度下始終相等。7第四節(jié)第四節(jié) 半導體溫度傳感器半導體溫度傳感器 v若電流鏡若電流鏡PTAT核心電路核心電路中兩管增益無窮大，則可中兩管增益無窮大，則可忽略集電極電流忽略集電極電流Ic隨集電隨集電極電壓極電壓Ube變化和基極電變化和基極電流的影響。流的影響。8第四節(jié)第四節(jié) 半導體溫度傳感器半導體溫度傳感器 v為使為使VT2和和VT4
6、工作在不工作在不同的電流密度下，兩管必同的電流密度下，兩管必須采用不同的發(fā)射極面積。須采用不同的發(fā)射極面積。設(shè)設(shè)VT2和和VT4發(fā)射極面積發(fā)射極面積之比之比，則兩管的電，則兩管的電流密度比為其面積的反比。流密度比為其面積的反比。9第四節(jié)第四節(jié) 半導體溫度傳感器半導體溫度傳感器 v只要在電路的兩端施加高只要在電路的兩端施加高于于2Ube的電壓，的電壓，R上得到上得到的電壓為：的電壓為：lnln8beKTKTUqq VT2與與VT4結(jié)面積相差的倍數(shù)結(jié)面積相差的倍數(shù)K 波 爾 茲 曼 常 數(shù) ，波 爾 茲 曼 常 數(shù) ， K 1.38110-23J/Kq電子電荷量，電子電荷量，1.610-19CT被
7、測物體的熱力學溫度被測物體的熱力學溫度(K)10vR上得到的電壓為上得到的電壓為第四節(jié)第四節(jié) 半導體溫度傳感器半導體溫度傳感器 122222ln8beUKTIIIRqRlnln8beKTKTUqqv流過該電路的總電流為：流過該電路的總電流為：11v流過該電路的總電流流過該電路的總電流第四節(jié)第四節(jié) 半導體溫度傳感器半導體溫度傳感器 122222ln8beUKTIIIRqRv若電阻若電阻R的溫度系數(shù)為零，則電路的總電的溫度系數(shù)為零，則電路的總電流正比于絕對溫度。流正比于絕對溫度。v若取若取R=358，代入上式可求得電路的輸，代入上式可求得電路的輸出靈敏度為出靈敏度為_。1 A/K12v美國美國AD
8、公司生產(chǎn)的公司生產(chǎn)的AD590、我國產(chǎn)的、我國產(chǎn)的SG590都是典型的電流輸出型溫度傳感器。都是典型的電流輸出型溫度傳感器。它們的基本電路與圖它們的基本電路與圖6-16一樣，只是還增一樣，只是還增加了一些附加電路以提高其性能。加了一些附加電路以提高其性能。第四節(jié)第四節(jié) 半導體溫度傳感器半導體溫度傳感器 13vAD590的主要特征是：的主要特征是：(1)線性電流輸出線性電流輸出: 1 A/K，正比于絕對溫度，正比于絕對溫度(2)寬溫度范圍：寬溫度范圍：-55+150；( 3 ) 精 度 高 ： 激 光 校 準 精 度 到精 度 高 ： 激 光 校 準 精 度 到 0 . 5 (AD590M)(4
9、)線性好：滿量程范圍線性好：滿量程范圍0.3 (AD590M);(5)電源范圍寬：電源范圍寬：+4+30V。第四節(jié)第四節(jié) 半導體溫度傳感器半導體溫度傳感器 14第四節(jié)第四節(jié) 半導體溫度傳感器半導體溫度傳感器 v采用半導體二極管作溫度傳感器，有簡單、采用半導體二極管作溫度傳感器，有簡單、價廉的優(yōu)點，用它可制成半導體溫度計，測價廉的優(yōu)點，用它可制成半導體溫度計，測溫范圍在溫范圍在(050)之間。之間。v用晶體三極管制成的溫度傳感器測量精度高，用晶體三極管制成的溫度傳感器測量精度高，測溫范圍較寬，在測溫范圍較寬，在(-50150)之間，因之間，因而可用于工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域的測溫儀器或系而可用于工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域的測溫儀器或系統(tǒng)。統(tǒng)。v各種結(jié)構(gòu)的晶體管溫度傳感器，它們具有很各種結(jié)構(gòu)的晶體管溫度傳感器，它們具有很好的長期穩(wěn)定性。好的長期穩(wěn)定性。
傳感器與檢測技術(shù)第6章4
