1、集成温度传感器集成温度传感器集成温度传感器是利用晶体管PN结的正向压降随温度升高而降低的特性，将晶体管的PN结作为感温元件，把敏感元件、放大电路和补偿电路等部分集成并封装在同一壳体里的一种一体化温度检测元件，又称温度IC。它与半导体热敏电阻一样具有体积小、反应快的优点，同时具有线性好、性能高、价格低、抗干扰能力强等特点。虽然由于PN结受耐热性能和特性范围的限制，只能用来测量150 以下的温度，但集成温度传感器仍在许多领域得到了广泛的应用。本学习单元主要介绍集成温度传感器的基本工作原理和应用方法。集成温度传感器集成温度传感器 半导体管温度传感器一、一、半导体二极管温度传感器由PN结构成，根据PN
2、结的伏安特性可以导出PN结正向压降随温度变化的关系为温度升高，PN结正向压降就下降，如图1-24 所示。图1-24 二极管的温度特性集成温度传感器集成温度传感器利用二极管的这一特性，就可以进行温度的测量。除扩散电流外，半导体二极管的正向电流中还包含空间电荷区的复合电流和表面复合电流成分，这两种复合电流成分将使得半导体二极管的实际特性曲线偏离理想曲线，线性误差较大。而半导体三极管在正向工作状态下的温度特性更理想，具有良好的线性度。当集电极电流为恒定电流时，发射结压降Vbe与温度T成线性关系，可以根据这个关系通过发射结压降来测量温度。集成温度传感器集成温度传感器 集成温度传感器的工作原理与应用 二
3、、二、三极管由于仅有一个发射结电压Vbe，因此其具有的线性度和一致性不太理想。在集成温度传感器中，可以采用一对非常匹配的半导体管做差分对管，利用它们的发射结电压Vbe之差所具有的良好正温度系数来制作集成温度传感器。在较宽的温度范围内可以做到发射结电压Vbe之差就是温度T的理想线性函数，这也是集成温度传感器的基本工作原理，并以此为基础设计出各种不同电路和不同输出类型的集成温度传感器。集成温度传感器集成温度传感器集成温度传感器内将温敏晶体管与相应的辅助电路集成在同一芯片上，能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出，一般用于-50120 的温度测量。集成温度传感器按照输出方式有电压型和电流型两种，其中
4、电流输出型集成温度传感器在一定温度下相当于一个恒流源，因此不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰，具有很好的线性特性。 下面以电流输出型集成温度传感器AD590为例介绍其工作原理与应用，同时简单介绍电压输出型集成温度传感器LM35和智能温度控制器DS18B20的应用。集成温度传感器集成温度传感器电流输出型集成温度传感器电流输出型集成温度传感器AD590AD5901.AD590是美国Analog Devices公司生产的电流型集成温度传感器，其采用TO-52金属圆壳封装结构，其外形、引脚排列和电路符号如图1-25所示。图1-25 AD590的外形、引脚排列和电路符号集成温度传感器集成温度传感器
5、AD590的主要特性如下： （1）流过器件的电流(A)在数值上等于器件所处环境的热力学温度，即 Ir/T=1式中，Ir为流过器件（AD590）的电流，A；T为热力学温度，K。 (2)AD590的测温范围为-55+150 。 (3)AD590的电源电压为430 V，可以承受44 V正向电压和20 V反向电压，因而器件即使反接也不会被损坏。 集成温度传感器集成温度传感器(4)输出电阻为710 m。 (5)精度高，在-55+150 其非线性误差仅为0.3 。 利用AD590可以构建测量热力学温度的基本应用电路，如图1-26所示。图1-26 AD590的基本应用电路集成温度传感器集成温度传感器由于流过
6、AD590的电流与热力学温度成正比，当电阻R1和电位器R2的电阻之和为1 k时，输出电压Vo随温度的变化率为1 mV/K；但由于AD590的增益有偏差，电阻也有误差，因此应对电路进行调整。调整的方法为：把AD590放于冰水混合物中，调整电位器R2，使Vo=273.2 mV；或在室温（25 ）条件下调整电位器，使Vo=(273.2+25)mV=298.2 mV。但这样调整只能保证其在0 或25 附近有较高精度。由于电阻的阻值随温度变化存在误差，因此也可以把电阻设为电位器，根据温度变化随时进行零点调整，保证测量结果的准确性。集成温度传感器集成温度传感器电压输出型集成温度传感器电压输出型集成温度传感
7、器LM35LM352.集成温度传感器集成温度传感器图1-27 LM35的封装形式集成温度传感器集成温度传感器（1）使用温度为-55+150 。 （2）工作电压为直流430 V。 （3）输出阻抗小，1 mA负载时为0.1 。 （4）非线性值仅为1/4 。 （5）精度为0.5 （在+25 时）。 （6）静止空气中自热效应低，小于0.08 的自热。LM35系列集成温度传感器的特性如下： 集成温度传感器集成温度传感器智能温度控制器智能温度控制器DS18B20 DS18B20 3.DALLAS半导体公司生产的DS18B20型单线智能温度传感器，属于新一代适配微处理器的智能温度传感器，可直接将被测温度转化
8、为串行数字信号供微机处理，广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。集成温度传感器集成温度传感器（1）DS18B20的特性。 采用单总线专用技术，被测温度用符号扩展的16位数字量串行输出，无须经过其他变换电路。 测温范围为-55+125 ，在-10+85 ，精度为0.5 。 内含64位经过激光修正的ROM。 适配各种单片机或系统机。 用户可分别设定各路温度的上、下限。 其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生。 以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。集成温度传感器集成温度传感器（2）DS18B20的内部结构和封装形式。DS18B20
9、内部结构如图1-28所示，主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、高速暂存器和高低温触发器TH和TL、配置寄存器。图1-28 DS18B20内部结构集成温度传感器集成温度传感器DS18B20具有3引脚TO-92小体积和贴片封装形式，其引脚排列如图1-29所示。DQ为数字信号输入/输出端；GND为接地端；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。图1-29 DS18B20的引脚排列集成温度传感器集成温度传感器（3）使用DS18B20的注意事项。DS18B20虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题。 较小的硬件开销
10、需要相对复杂的软件进行补偿。由于DS18B20与微处理器间采用串行数据传送，因此在对DS18B20进行读写编程时，必须严格保证读写时序，否则将无法读取测温结果。在使用PL/M、C等高级语言进行系统程序设计时，对DS18B20操作部分最好采用汇编语言实现。 集成温度传感器集成温度传感器在单总线上所挂DS18B20超过8 h，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。 连接DS18B20的总线电缆是有长度限制的。普通信号电缆的传输长度不超过50 m。当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时,正常通信距离可达150 m。因此，在用DS18B20进行长距离测温系统设计时，要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。测温电缆线建议采用屏蔽4芯双绞线，其中一组接地线与信号线，另一组接VDD和地线，屏蔽层在源端单点接地。 集成温度传感器集成温度传感器思考与练习问题 请说明AD590的工作原理。 思考：
