试验二十三P－N结温度传感器.PDF

实验二十三 P－N 结温度传感器 PN 结温度传感器就是利用晶体管基极-发射极的正向压降随温度变化为特性而制成 的温度敏感元件。集成温度传感器是把温敏器件、偏置电路、放大电路及线性化电路集 成在同一芯片上的温度传感器，其特点是使用方便、外围电路简单、性能稳定可靠；不 足的是测温范围较小、使用环境有一定的限制。 集成温度传感器的主要技术参数包括输出类型、测温范国、灵敏度、25℃输出值、 25℃校准误差、非线性误差、电源电压、封装形式等。 目前大量生产的集成温度传感器有电流输出型、电压输出型和数字输出型。其工作 温度范围为−50℃∼+ 150℃。电流输出型具有输出阻抗高的优点，因此可以配合使用双绞 线进行数百米远的精密温度遥感与遥测，而不必考虑长馈线引起信号损失和噪声问题； 也可用在多点温度测量系统中，而不必考虑选择开关或多路转换器引入的接触电阻造成 的误差。电压输出型的优点是直接输出电压，且输出阻抗低，易于读出或与控制电路接 口。数字输出型的优点是便于远传，抗干扰能力强，可直接与计算机测试系统接口。 PN 结温度传感器在电力电子电路中可以作自动增益控制、音量控制、过热和过载保 护等，被广泛应用于工业自动控制、高空和深海探测、卫星火箭、医疗卫生等方面的测 温和控温。 【预习提要】 (1) 半导体 P-N 结的工作原理。 (2) 半导体 P-N 结特性表达公式。 【实验要求 】 掌握半导体 P-N 结温度传感器的工作原理。 【实验 目的】 利用半导体 P-N 结温度传感器测温度。 【实验器材 】 半导体 P-N 结集成温度传感器、温度变换器、加热器、电压表、温度计 （自备）。 【实验原理】 （一）半导体P-N 结的温度特性 晶体二极管和晶体三极管 PN 结的结电压是随温度而变化的。例如 ，在恒流的情况 下，温度每升高 1℃时．硅管的 PN 结的结电压下降约 2mV 。PN 结温度传感器就是利用 ·85 · 这种特性制成的温度敏感元件。 半导体 P-N 结具有 良好的温度线性。根据 P-N 结特性表达公式 qU BE I = Is (e KT − 1) （1） 式 （1）中，I 为 P-N 结二极管电流，IS 为反 向饱和电流，UBE 为结电压。可知，当 P-N 结制成后 ，其反 向饱和电流基本上只与温度有关，根据这一原理而制成的 P-N 结集成温 度传感器，可以直接显示绝对温度 K ，并且也具有 良好的线性与精度。 （二）集成PN 结对管温度传感器 集成温度传感器均采用 了图 1 所示 的差分 电路形式，使结电压成为直接正比于绝对 温度的严格 的线性输出。 +g IC1 IC2 R2 BG1 BG2 ∆UBE R1 图 1 分对管电路原理 在电路中，BG1,BG2 是两只结构和性能完全相 同的晶体管，它们分别在不同的集电 极电流 IC1 和 IC2 下工作。由图 1 可见，电阻 R1 上的电压应为 BG1 和 BG2 的基极-发射极 电压差，即 k T ′ ′ k T ′′ ′′ k T I  0  B T  0  B T 