电气检测技术47课件

4.7半导体及集成温度传感器4.7半导体及集成温度传感器热电偶虽然有测温范围宽的优点，但热电势较低；热敏电阻的工作温度范围窄，但灵敏度高，有利于检测微小温度变化。但它们的输出都是非线性的，给使用带来一定的困难。本节主要介绍半导体温度传感器及集成温度传感器，这些传感器在一定测温范围内，温度值与输出量之间呈较严格的线性关系。电气检测技术2热电偶虽然有测温范围宽的优点，但热电势较电气检测技术一、半导体温度传感器半导体温度传感器分类：

PN结的半导体温度传感器、非结型温度传感器。

PN结半导体温度传感器又可分为：

1、二极管温度传感器

2、晶体管温度传感器

3、集成电路温度传感器；

非结型温度传感器主要有：锗(Ge)单晶、硅(Si)单晶温度传感器。电气检测技术3一、半导体温度传感器半导体温度传感器分类：电气检测技术半导体温度传感器的特点

低温段线性度好、测温精度较高，是常用的测温传感器。

PN结测温传感器是利用半导体材料和器件的某些性能参数的温度依赖性，实现对温度的检测、控制和补偿等功能。

电气检测技术4半导体温度传感器的特点低温段线性度好、测温精度较1、温敏二极管

PN结正向电压与温度间具有很好的线性关系。如砷化镓和硅温敏二极管在一定温度范围的温度表现为良好的线性。

硅二极管用于温度测量具有简单价廉的优点，但它的一致性较差。输出电压表示为：

式中：VG为禁带宽度，T为绝对温度。电流一定时，K为常数。PN结两端的电压与温度成线性关系。电气检测技术51、温敏二极管PN结正向电压与温度间具有很好的线性关

需注意的是：通过PN结的工作电流不能过大，一般工作电流选在100～300mA内，否则会因工作电流太大导致二极管自身温度升高而产生测量误差。且对不同的工作电流，温敏二极管电压—温度曲线有所不同，但电压—温度曲线在量程内总呈线性关系。

电气检测技术6需注意的是：通过PN结的工作电流不能过大，电气检测技2、温敏三极管硅晶体三极管基极与发射极间电压约有-2mV/℃的温度系数。在-50℃～+200℃范围内接近线性。利用三极管的这种特性可以制成高精度、超小型温度传感器，它能大批量生产，价格低廉。利用集成电路制作工艺，可与放大电路一起制成集成化温度传感器，近年来发展很快。电气检测技术72、温敏三极管硅晶体三极管基极与发射极间电压约有-2m

由晶体管特性知道，硅三极管基极与发射极间电压与绝对温度和集电极电流之间有如下关系：

为硅单晶的禁带宽度；为与基极偏压有关的常数；为由基区少数载流子的温度特性决定的常数为单位电荷为玻耳兹曼常数当工作电流IC恒定时，一定范围内，Ube与绝对温度呈线性关系。温度较高时非线性误差较严重。电气检测技术8由晶体管特性知道，硅三极管基极与发射极间电气检测技术基本测量电路

电气检测技术9基本测量电路电气检测技术9

常温下，运放使三极管传感器通过一恒定集电极电流IC，IC由电源E和电阻RC确定，电容C1和电阻R1用来消除寄生振荡。当IC=100uA时，输出电压约在580～620mV。随着环境温度的变化，也略有变化。当温度从-40℃变化到+50℃时，Ube从700mV变化到300mV左右，电气检测技术10常温下，运放使三极管传感器通过一恒定集电电气检测三极管温度传感器常用于环境温度变化不大的领域。例工业、医疗等领域，作为测温或控温元件。传感器通常标定精度为土0.1℃，在特殊场合可得到土0.01℃的标定精度。电气检测技术11三极管温度传感器常用于环境温度变化不大的电气检测技术二、集成温度传感器集成温度传感器是把温度传感器（如热敏晶体管）与放大电路等后续电路，利用集成化技术制作在同一芯片的功能器件。

电气检测技术12二、集成温度传感器集成温度传感器是把温度传感器（如热集成温度传感器具有以下一些特点：

1、输出信号大，与温度有较好的线性关系；

2、小型化、成本低、使用方便、测温精度高；集成温度传感器的类型(按输出量不同)：

1、电压型(灵敏度一般为10mV/℃)2、电流型(灵敏度一般为1uA/℃)

电气检测技术13集成温度传感器具有以下一些特点：电气检测技术13

集成温度传感器具有绝对零度时输出电量为零的特性，利用这一特性可制作成绝对温度测量仪。由于感温元件与全部其它电路都集中在一个小芯片上，传感器的功耗及自热效应，工作温度范围内电路元件的热稳定性，都影响传感器性能，在设计、工艺和封装上采用适当措施加以克服。

电气检测技术14集成温度传感器具有绝对零度时输出电量为零电气检测集成温度传感器工作温度范围是-50～150℃，具体数值因型号和封装形式不同而有所不同。集成电路温度传感器除了作测温元件外，还常用于温度补偿元件和温度控制元件。

电气检测技术15集成温度传感器工作温度范围是-50～150℃，电气检1、电压型集成温度传感器

1)四端电压输出型包括温度敏感部分、参考电压源部分和运放三部分，典型的产品如NS的AN6701。

AN6701的测量范围为：-10～80℃，输出的电压灵敏度为：110mV/℃。电气检测技术161、电压型集成温度传感器1)四端电压输出型电气检测输出极性反转的电路

电气检测技术17输出极性反转的电路电气检测技术17应用电路电气检测技术18应用电路电气检测技术182)三端电压输出型三端电压输出型集成温度传感器是一种精密易于定标的温度传感器，如LM135，LM235，LM335等。基本测温电路如图：将测温元件两端与一个电阻串联，加上适当的电压可得到灵敏度为10mV/K，直接正比绝对温度的输出电压。传感器工作电流由电阻R和电源电压决定：电气检测技术192)三端电压输出型三端电压输出型集成温度传感器是一如果传感器通过外接电位器的调节．可完成温度定标，以减小因工艺偏差而产生的误差，接法如图所示：例：25℃下，调节电位器使输出电压为2.98V，经标定，传感器灵敏度达到设计值10mV/K要求，从而提高测温精度。

电气检测技术20如果传感器通过外接电位器的调节．可完成温电气检测技术

在三端电压型温度敏感元件之后，配以一定增益的比例放大器，如增益为12.5，则运放输出灵敏度为125mV/℃。若被测范围为0-80℃，则运放输出电压为0～10V。电路如图：

电气检测技术21在三端电压型温度敏感元件之后，配以一定增电气检测技术2、电流型集成温度传感器的应用电路电流型集成温度传感器，在一定温度下，相当于恒流源，具有不易受接触电阻、引线电阻、噪声的干扰，能实现长距离(如200m)传输，同样具有很好的线性特性。

AD公司的AD590就是典型的例子。

1)AD590的主要性能：电源电压：4～30V

工作温度；-55℃-150℃

温度灵敏系数：长期漂移：土0.1℃／month电气检测技术222、电流型集成温度传感器的应用电路电流型集成温度传感测温电路电气检测技术23测温电路电气检测技术23测温电路的设计电路的设计要考虑：

(1)将电流转换成电压；

(2)将绝对温标转换成摄氏温标。

AD590L为电流元件，温度升高1K，电流增1uA，将AD590L电流通过一个10K的电阻，转换成10mV/K，要求这个的电阻精确，因此用一个12K(R1)的电阻与一个电位器(RPl)并联，以准确调节到10K。

A1接成电压跟随器，增加信号的输入阻抗。A1输出为0.01V/K。便于将电流信号转换成电压信号。电气检测技术24测温电路的设计电路的设计要考虑：电气检测技术24

A2把绝对温标转换成摄氏温标。给A2的同相端输入一个恒定的电压，如1.235V。将这个电压放大到2.73V，A2的闭环增益取：调节RP2即可得到这个值。取A1与A2输出端间的电压，转换成摄氏温标。电气检测技术25A2把绝对温标转换成摄氏温标。给A2的同相端电气检

例如：将AD590放入273K(即0℃)的冰水溶液中，R1上两端的压降为：这是一个对地的电压。

A2的对地输出电压亦为2.73V。因此A1与A2两输出端子间的电压为：

2.73-2.73＝0V，对应于0℃。电气检测技术26例如：将AD590放入273K(即0℃)的冰水溶液电调试1)电路中所有电阻取金属膜电阻，因它温度系数较小，温度变化对测温的影响不大；

2)R1和电位器RP1并联，调节RP1使并联阻值为1