第三章 3 晶体管和集成温度传感器课件ppt课件

1、2022-2-11第三节第三节 晶体管与晶体管与集成温度传感器集成温度传感器2022-2-12第三节 晶体管与集成温度传感器 1. 测温原理测温原理 一、晶体管温度传感器 PN PN结的结的 温度特性温度特性 二极管的正向二极管的正向电压降电压降UD以以 -2mV/ 变化变化 2022-2-13第三节 晶体管与集成温度传感器 通常，灵敏度为负。低温时，砷化镓通常，灵敏度为负。低温时，砷化镓PN结比硅管更好；而硅的线性度较好。结比硅管更好；而硅的线性度较好。 1. 热敏二极管 NPN集电极电流恒定时，集电极电流恒定时，Vbe随环境温随环境温度变化。度变化。 2. 热敏三极管2022-2-14三

2、集成温度传感器 集成温度传感器温度集成温度传感器温度IC将温度将温度敏感元件和放大、运算和补偿等电路采敏感元件和放大、运算和补偿等电路采用微电子技术和集成工艺集成在一片芯用微电子技术和集成工艺集成在一片芯片上，从而构成集测量、放大、电源供片上，从而构成集测量、放大、电源供电回路于一体的高性能的测温传感器。电回路于一体的高性能的测温传感器。 2022-2-15集成温度传感器的类型集成温度传感器的类型 集成温度传感器可分为：模拟型集成温集成温度传感器可分为：模拟型集成温度传感器和数字型集成温度传感器。模拟型度传感器和数字型集成温度传感器。模拟型的输出信号形式有电压型和电流型两种。的输出信号形式有电

3、压型和电流型两种。 电压型的灵敏度多为电压型的灵敏度多为10mV/（以摄氏（以摄氏温度温度0作为电压的零点），作为电压的零点）， 电流型的灵敏度多为电流型的灵敏度多为1A/K以绝对温以绝对温度度0K作为电流的零点）；作为电流的零点）； 数字型又可以分为开关输出型、并行输数字型又可以分为开关输出型、并行输出型、串行输出型等几种不同的形式。出型、串行输出型等几种不同的形式。 2022-2-16（一模拟型集成温度传感器（一模拟型集成温度传感器 1.1.模拟型集成温度传感器模拟型集成温度传感器 电流输出型温度电流输出型温度传感器能产生一个与传感器能产生一个与绝对温度成正比的电绝对温度成正比的电流作为输

4、出，流作为输出，AD590AD590、AD592AD592是电流输出型是电流输出型温度传感器的典型产温度传感器的典型产品。品。 2022-2-17AD590封装示意图 空脚接地）型号从型号从I到到M，其中，其中M精度最高精度最高AD5902022-2-18AD590的基本转换电路 电流电流- -电压转换电路电压转换电路10mV/K10mV/K） 增加负载电增加负载电阻的阻值可提阻的阻值可提高输出电压。高输出电压。2022-2-19AD590的基本转换电路 输出电压Uo与热力学温度成正比1mV/K） 输出电压输出电压Uo与与 摄氏温度成正比摄氏温度成正比100mV/） 2022-2-110设1#

5、和2# AD590处的温度分别为 （）和 则输出电压为则输出电压为 (t1-t2)100mv/。图中电位器。图中电位器R1用于调用于调零。电位器零。电位器R4用于调整运放用于调整运放LF355的增益。的增益。 设设1#和和2#AD590处的温度处的温度分别为分别为t1,t2，分，分析电路功能？析电路功能？2022-2-111模拟型集成温度传感器模拟型集成温度传感器 AD592C在在070间非线性误差间非线性误差0.05、重复性和长期稳定性重复性和长期稳定性0.1第三节第三节 晶体管与集成温度传感器晶体管与集成温度传感器AD5922022-2-112电压输出型集成温度传感器 LM35/45LM3

6、5/45的外形及引脚图的外形及引脚图 2022-2-113电压输出型集成温度传感器 LM35/45 LM35/45构成的摄氏温度测量电路LM35/45组装成的测温传感器2022-2-114图图 3-32 LM35与与ICL7107构成的数字温度计构成的数字温度计71072022-2-1152022-2-116在电脑中，集成温度传感器用于CPU散热保护电路散热风扇集成温度集成温度ICICCPU插座插座CPU散热片散热片2022-2-117MAX6502用于控制散热风扇的转速当当CPUCPU进行复杂运算时，风扇处于全速运行。进行复杂运算时，风扇处于全速运行。 场效应管场效应管功率驱动功率驱动 20

7、22-2-118 DS18B20是美国是美国DALLAS公司近推出的热电式半导公司近推出的热电式半导体数字集成温度传感器。它也是利用半导体体数字集成温度传感器。它也是利用半导体P-N结在其结在其正常工作温度范围内结电压随温度上升而下降的原理而正常工作温度范围内结电压随温度上升而下降的原理而精心设计实现的。精心设计实现的。DS18B20有多种封装形式。有多种封装形式。一线制数字温度传感器一线制数字温度传感器DS18B20DS18B20及其应用及其应用2022-2-119一线制数字温度传感器一线制数字温度传感器DS18B20DS18B20及其应用及其应用 1. DS18B20 1. DS18B20

8、的封装与外部引脚的封装与外部引脚 DS1820 DS1820的几种封的几种封装管脚图装管脚图 (a) DS18B20P (a) DS18B20P；(b) DS18B20B(b) DS18B20Bc cDS18B20TO92DS18B20TO92管脚说明：管脚说明：GNDGND地；地；DQDQ数据输入输出；数据输入输出；VDDVDD电源电压；电源电压； NC NC空脚空脚 2022-2-1202. DS18B20内部功能电路模块内部功能电路模块其内部功能电路模块其内部功能电路模块 如下图如下图: DS18B20功能块图功能块图2022-2-1213. DS18B20的主要功能和特点的主要功能和特

9、点DS18B20对外有效引脚仅对外有效引脚仅3条，即电源、地和信条，即电源、地和信号线。其主要功能和特点如下：号线。其主要功能和特点如下：（1采用独特的采用独特的“一线制通信方式，信号符合一线制通信方式，信号符合TTL电平逻辑，无须任何外围器件，可直接和各种单电平逻辑，无须任何外围器件，可直接和各种单片机或微处理器的片机或微处理器的I/O引脚相连，为简化系统设计引脚相连，为简化系统设计提供了极大的方便；提供了极大的方便；（2温度测量范围为温度测量范围为-55 oC 125 oC；（3可编程的温度转换分辨率，可根据应用需要在可编程的温度转换分辨率，可根据应用需要在9 Bit 12 Bit之间选取

10、；之间选取；（4在在12 bit温度转换分辨率下，温度转换时间最大温度转换分辨率下，温度转换时间最大为为750 ms；（5用户可编程自设置报警温度存入片内非易失性用户可编程自设置报警温度存入片内非易失性存储器中，实现温度上、下限自动比对报警功能；存储器中，实现温度上、下限自动比对报警功能；（6电源供电范围电源供电范围3.3 V 5 V，DS18B20的读、写的读、写操作以及温度转换期间所需的电能可通过数据线操作以及温度转换期间所需的电能可通过数据线提供，也可由外部电源提供；提供，也可由外部电源提供；（7DS18B20采用节能设计，在等待状态下功耗近采用节能设计，在等待状态下功耗近似为零。似为零

11、。 2022-2-1224. DS18B20的应用的应用（1硬件接口方法硬件接口方法 目前目前DS18B20在国内的零售价大约为在国内的零售价大约为10元人民币，用于元人民币，用于 -50150范围内测温，采用特殊的一线制数字范围内测温，采用特殊的一线制数字串行通信方式，故用于智能化仪器对环境温度的串行通信方式，故用于智能化仪器对环境温度的监测非常方便，因不需要配置监测非常方便，因不需要配置A/D转换器，所以转换器，所以采用采用DS18B20测温方案成本低廉。下图为测温方案成本低廉。下图为DS18B20与与MCU的两种接口电路。其中的两种接口电路。其中a) 为点为点对点应用电路，对点应用电路，

12、DS18B20电源端接地；电源端接地；b)为点对为点对多点应用电路，多点应用电路，DS18B20电源端接外供电源电源端接外供电源35.5V）。）。 a) 应用电路块应用电路块1 b)应用电路应用电路块块2DS18B20 典型应用电路典型应用电路2022-2-123（2DS18B20的的“一线制串行通信协议一线制串行通信协议DS18B20的的“一线制串行通信协议中所有的命令和一线制串行通信协议中所有的命令和数据都必须通过一根信号线进行传输数据都必须通过一根信号线进行传输, 因此，对数据读、因此，对数据读、写时序有非常严格的要求。写时序有非常严格的要求。DS18B20主要读、写时序包括：主要读、写

13、时序包括：初始化时序、读操作时序、写操作时序。初始化时序、读操作时序、写操作时序。2022-2-124（2DS18B20的的“一线制串行通信协议一线制串行通信协议DS18B20的的“一线制串行通信协议中所有的命令和数据都必一线制串行通信协议中所有的命令和数据都必须通过一根信号线进行传输须通过一根信号线进行传输, 因此，对数据读、写时序有非常严格的因此，对数据读、写时序有非常严格的要求。要求。DS18B20主要读、写时序包括：初始化时序、读操作时序、写主要读、写时序包括：初始化时序、读操作时序、写操作时序。操作时序。 DS18B20始终作为从设备，通过其信号线随时等待和接受始终作为从设备，通过其

14、信号线随时等待和接受MCU传入的信号。传入的信号。MCU每次读写均先完成初始化时序包括复位和启动脉每次读写均先完成初始化时序包括复位和启动脉冲）。首先在冲）。首先在t0时刻，时刻，MCU在信号线上发出一个低电平复位脉冲在信号线上发出一个低电平复位脉冲“Reset Plus”（脉冲宽度必须大于（脉冲宽度必须大于480微秒并小于微秒并小于960微秒），接微秒），接着在着在t1时刻时刻CPU释放总线在信号线上输出高电平并进入等待接收释放总线在信号线上输出高电平并进入等待接收状态，状态，DS18B20在检测到信号线上的上升沿后，等待在检测到信号线上的上升沿后，等待1560微秒，接微秒，接着在着在t2时

15、刻发出一个低电平启动脉冲时刻发出一个低电平启动脉冲“Presence Plus”（脉冲宽度（脉冲宽度必须大于必须大于60微秒并小于微秒并小于240微秒），在微秒），在t3时刻上拉电阻将总线电平拉时刻上拉电阻将总线电平拉高，完成总线初始化操作。高，完成总线初始化操作。DS18B20的读操作包括：读的读操作包括：读“0和读和读“1”。首先，由。首先，由CPU将将总线由高电平拉至低电平，并至少保持总线由高电平拉至低电平，并至少保持1微秒的宽度，在此后的微秒的宽度，在此后的15微微秒内秒内CPU对总线进行采样，若为低电平，则读入的位为对总线进行采样，若为低电平，则读入的位为“0”；若为；若为高电平，则

16、读入的位为高电平，则读入的位为“1”。读入连续两位数据的时间间隔应大于。读入连续两位数据的时间间隔应大于1微秒。微秒。 2022-2-125DS18B20的写操作包括：写的写操作包括：写“0和写和写“1”。首先，。首先，CPU将总线由高电平拉至低电平，并在此后的将总线由高电平拉至低电平，并在此后的15个微个微秒内将所需要写的位送至总线上。秒内将所需要写的位送至总线上。DS18B20在在 CPU将总线由高电平拉至低电平时刻后的将总线由高电平拉至低电平时刻后的15 60微秒内对微秒内对总线进行采样，若为低电平，则写入的位为总线进行采样，若为低电平，则写入的位为“0”；若为；若为高电平，则写入的位为高电平，则写入的位为“1”。连续写入两位数据的时间。连续写入两位数据的时间间隔应大于间隔应大于1微秒。微秒。DS18B20输出或输入设定报警温度用两个串输出或输入设定报警温度用两个串行行8位字节表示：位字节表示：MSB LSB MSB LSB232221202 -12 -22 -32 -4sssss2625242022-2-126DS18B20若干温度与其串行数字对照表若干温度与其串行数字对照表温度温度（） 数字输出二进制数字输出二进制数字输出数字输出 十六进制十六进制温度温度（）数字输出二进制数字输出二进制数字输出数字输出十六进制十六进制1250000 011