通过采用热敏电阻实现周期转换电路的应用设计

【Word版本下载可任意编辑】通过采用热敏电阻实现周期转换电路的应用设计设计师常使用的是热敏电阻器而不是温度传感器，因为热敏电阻器有更高的灵敏度，以及小巧、经济和小的时间常数。但是，大多数热敏电阻器的电阻-温度特性是高度非线性的，对于要求线性响应的应用来说必须作校正。图1是一个用热敏电阻器作传感器的简单电路，它的时间周期随温度呈线性变化，在高至30K的范围内，非线性误差小于0.1K。可以用一个频率计数器将该周期转换为数字输出。对热敏电阻器的阻值计算有一个按泊松定律的近似式，即热敏电阻器阻值RT为温度q的函数，RT=AB-q。在窄的温度范围内，该关系式可近似地描述为一个实际热敏电阻器的行为。

在热敏电阻器上可以并联一个适当阻值的电阻RP，获得一个接近于30KΩ的有效电阻。在图1中，端点A和B之间连接的网络提供一个AB-q的有效电阻RAB。JFETQ1和电阻RS构成电流调节器，在端点D和E之间提供一个恒流源IS。

R4上的电压通过缓冲放大器IC1激励由R1和C1串联构成的RC电路，当R2大于RAB时，R1上产生一个呈指数衰减的电压。当R1上的电压降至低于热敏电阻器RT电压的瞬间，比较器IC2的输出状态改变，电路振荡，图2中IC2的输出端产生一个电压波形。振荡周期T=2R1C1ln（R2/RAB）≈2R1C1［ln（R2/A）+qlnB］。该式表示周期T随热敏电阻的温度q呈线性变化。

通过改变电阻器R1的值，就可以方便地改变转换灵敏度ΔT/Δq。Q1与R1构成的电流源决定输出周期T，它对供电电压和输出负载的变化非常不敏感。可以通过改变R2，在不影响转换灵敏度的情况下改变周期T。温度范围qL至qH给定时，转换灵敏度为SC，可以设计电路如下：使qC表示温度范围的中心温度。测量热敏电阻器在温度qL、qC与qH处的阻值，用三个电阻值RL、RC和RH确定RP，qC处的RAB表示qL与qH处RAB的几何平均数。对这个RP值，可以使三个温度点（qL、qC和qH）的RAB等于AB-q。

当温度范围为30K或30K以下时，大多数热敏电阻器对这个区域中的其它温度，偏离AB-q的RAB会产生一个明显低于0.1K的非性线误差。RP值可以用下式计算：RP=RC［RC（RL+RH）-2RLRH］/（RLRH-RC2）。由于温度-周期转换的灵敏度SC为2R1C1lnb，因此选择R1和C1时可以使下式成立：R1C1=SC［qH-qC］/ln（qL处的RAB/qH处的RAB），以得到所需SC值。如要得到一个低温度qL的特定输出周期TL，R2应等于（qL处的RAB）eY，其中Y表示（TL/2R1C1）。实际应用时，R2的选值比较低，因为IC2的非零响应延迟会增加输出周期。下面，将电位器R1和R2值设为接近于计算值。在调节R1得到正确SC后，调节R2，使T等于温度qL时的TL。两个分压器电阻R3与R4阻值应相等，并且公差近似。作为一个实例，标准热敏电阻器可以采用如YellowSpringsInstruments46004，将20℃至50℃的温度范围转换为5ms至20ms的周期。该热敏电阻器的RL、RC和RH电阻值分别为2814Ω、1471Ω和811.3Ω，分别对应低点、中点和高点温度。该设计的参数还

由于电流IS只有部分通过热敏电阻器，IS应低到防止出现自发热效应。该设计采用的IS约为0.48mA，当热敏电阻器的耗散常数为10mW/K时，自发热误差低于0.03K。图1是例子中所用元件的值。所有电阻器公差均为1%，额定功率为0.25W，C1是聚碳酸酯电介质电容器。

用标准的2814Ω至811.3Ω、0.01%公差热敏电阻器作替换，可模拟20℃至50℃之间的各种温度，产生的T值为5ms至