使用二極管作為溫度傳感器
發(fā)布時(shí)間:2023-12-12 14:28:15 瀏覽:1143
可以想象,實(shí)現(xiàn)溫度傳感器或限值檢測(cè)電路的成本可能與所需的精度成正比。例如,混合化學(xué)品的精密機(jī)器可能需要在混合試劑之前將溶液加熱到精確和精確的點(diǎn)。在分析血液樣本之前,醫(yī)療設(shè)備也可能需要達(dá)到溫度。
使用半導(dǎo)體器件測(cè)量溫度
但是,在每個(gè)設(shè)計(jì)中進(jìn)行嚴(yán)格的溫度測(cè)量并不重要。在許多情況下,可以使用簡單的大致值。以老式恒溫器為例。手動(dòng)和機(jī)械調(diào)整提供了一個(gè)房間設(shè)置的“近似”溫度的針規(guī)。使用五位數(shù)精確校準(zhǔn)和補(bǔ)償?shù)臏囟葌鞲邢到y(tǒng)是矯枉過正的,而且成本太高。
幸運(yùn)的是,可以使用一種使用標(biāo)準(zhǔn)低成本二極管的常見且簡單的技術(shù)來制造相對(duì)精確的溫度傳感器。這取決于半導(dǎo)體結(jié)在反向偏置條件下的特性。反向電流與硅的溫度成正比。因此,一旦正確偏置,任何廉價(jià)二極管都可以產(chǎn)生與其溫度成正比的反向電壓。
如何構(gòu)建溫度傳感器電路
電路的確切特性將取決于您選擇的二極管,但總體而言,?x uV/°C的關(guān)系是反向偏置硅結(jié)隨溫度變化的典型響應(yīng)。
如何使用這些信息將取決于您的需求。例如,熱限位開關(guān)可以使用二極管和電阻偏置電路為比較器供電(圖 1)。這將在預(yù)定閾值處改變狀態(tài),從而允許加熱器控制,例如,保持溫度范圍(注意,此處適用滯后以防止跳變點(diǎn)周圍的顫振振蕩)。
圖 1:反向偏置二極管結(jié)用作電流源 (I),其電流與溫度和電壓成正比。產(chǎn)生的電流將在檢測(cè)電阻器上產(chǎn)生電壓,可用于進(jìn)行這種簡單的限值或閾值開關(guān)。
當(dāng)與可變電阻器或數(shù)字微調(diào)器結(jié)合使用時(shí),更復(fù)雜的運(yùn)算放大器電路可以提供較低和較高電平的校準(zhǔn)點(diǎn)(圖 2)。雖然反向電流響應(yīng)在某種程度上是線性的,但會(huì)存在變化,因此,如果您使用的是嵌入式微控制器,并且需要找到一個(gè)精確的閾值,則可以參考查找表。
圖 2:模擬微調(diào)電位器或數(shù)字微調(diào)器可用于構(gòu)建基本的校準(zhǔn)電路,用于設(shè)置測(cè)量的下限和上限。
此外,還提供集成式半導(dǎo)體解決方案和評(píng)估套件,使設(shè)計(jì)人員能夠選擇用于遠(yuǎn)程定位的二極管。這很方便,因?yàn)樵S多金屬二極管封裝可以熱安裝到需要監(jiān)控的金屬機(jī)器上。
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德州儀器 (TI) 的一個(gè)示例套件是 LM95235EVAL 評(píng)估和開發(fā)系統(tǒng),該系統(tǒng)可以使用二極管或晶體管作為溫度傳感器。晶體管可以使用集電極發(fā)射極結(jié)二極管作為檢測(cè)元件(圖 3),許多晶體管使用小型金屬罐封裝,這些封裝也可以很好地貼裝到被測(cè)單元上。
圖 3:基于二極管和晶體管的熱特性,像 Texas Instruments 的 LM95235 這樣的 IC 利用 PN 結(jié)的反向偏置行為,為遠(yuǎn)程溫度測(cè)量提供 11 位精度。
雖然不如集成式校準(zhǔn)和補(bǔ)償單片解決方案那樣可靠和準(zhǔn)確,但 TI 開發(fā)套件展示了如何使用二極管和晶體管作為溫度傳感器來實(shí)現(xiàn) 11 位精度。這可以提供您需要的準(zhǔn)確性,同時(shí)保持低成本。
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