PN结温度传感器原理及应用图文.docx

1、PN结温度传感器原理及应用图文第卷第期年月电子工囊师结温度传感器原理及应用赵洪涛（淮安信息职业技术学院，江苏省淮安市）摘要：介绍了采用结温度传感器进行温度测量的原理，在此基础上给出了结的信号调理电路，分析了各部分电路的特性，给出了由系列单片机组成的测温电路系统及其程序流程，并指出了减小测量误差的方法。关键词：温度传感器；结；信号调理电路；单片机中图分类号：引言随着测温技术的迅速发展，新的测温传感器不断出现，如光纤温度传感器、微波温度传感器、超声波温度传感器、核磁共振温度传感器、结温度传感器等在一些领域获得了广泛的应用。本系统充分利用温度传感器测量温度快速、使用简便的特点，同时结合单片机的使用对

2、数据进行实时处理，从而做到了对温度的实时控制。结温度传感器工作原理二极管、三极管的特性与温度有很大关系，因此，利用电压对温度的依赖关系制成结温度传感器。已知结的电流电压方程为：，（警警）券）一（）设卜警警则，（券）一）（）（）式中：，。为反向饱和电流密度；。为电子扩散系数；。为空穴扩散系数；。为电子扩散长度；。为空穴扩散系数。当结处于正向偏压下，设正向偏压为，一般情况下，露聊，则，钆（喾）（）睢筝（丢）（）、，收稿日期：一；修回日期：。式（）表明，当电流密度，保持不变时，结的正向电压与温度成正比。对于结，只须考虑式（）中第项即可，因。、。、砷与温度有关（。、己。均与肛。及，有关）。设口。丁。与

3、矿成正比，为常数，则有：厶一警（番以（嘉）】胛。峙）（一备）（）式中：为常数；。为禁带宽度；为绝对零度时的禁带宽度，；为绝对零度时导带底和价顶的电位差。将式（）代人式（），可得：，叫峙）（掣）（）两边取对数，整理后得：一等【（手）一，】（）式中，扎、均为与温度无关的常数。式（）表明，当电流密度，保持不变时，结正向压降随着温度丁的上升而下降，近似线性关系。图湿示出硅和锗结正向电压与温度的关系。图硅和锗结正向电压与温度的关系万方数据第卷第期赵洪涛：结温度传感器原理及应用计算机与自动化技术对于硅二极管，温度每升高，正向电压下降约。二极管温度传感器正是利用结正向电压与温度关系的特性而制作的。整体电路设

4、计结的信号调理电路结的信号调理电路由放大器组成恒流源电路和放大器等电路组成。由前面的分析可知，当流过结的电流密度，保持不变时，结正向压降随温度的上升而下降，近似为线性关系。如果结不是工作在恒流状态下，其测量精度会大大下降。为此采用图所示电路。兰秽糕陛怍卜。一白；。莎早二）引图结的信号调理电路放大器组成恒流源电路，电阻器和可变电阻器组成串联分压电路，调整可变电阻器，使的同相端电位为。当二极管的温度发生变化时，其两端的电压也发生变化，但流过二极管的电流始终不变。根据运放虚短和虚断的特性，电流为：半等（），一放大器将二极管（结）两端微小变化的电压进行放大，调整可变电阻器，使的放大倍数为：一鼍粤：设置

5、可变电阻器，使可以调零。例如在某一温度下，输出为定值。通过调整，使两输入端电压相等，则输出电压为。另外，选取、为是考虑到的输出电阻影响，、取值不能太小。信号调理后，送单片机带有转换的口。控制执行电路控制执行电路由加温电热丝、双向可控硅、光电耦合器等电路组成见图。图控制执行电路当为低电平时，光耦工作，可控硅自动过零触发导通，电热丝加温工作；当为高电平时，光耦不工作，可控硅不导通，电热丝停止加温。根据需要可以适当选择不同加热功率的电热丝。共阳型位动态显示电路和键盘电路图为由型三极管与组成的共阳型位（发光二极管）动态扫描显示电路。删岛拖唧粕广。手嚆图动态显示电路和键盘电路当一为低电平时，哟一导通，选

6、通相应显示位。口输出的字段码是低电平有效。当输出字段码时，每一位将显示相同的内容。要显示不同的内容，必须采取轮流的显示方式，即在某一瞬间，只选通某一位的字位线，显示某一位数字，其他各位的字位线处于断开状态。同样，可以显示下一位，这样依次循环扫描，轮流显示，由于人眼的视觉效应，可以看到多位同时稳定显示。键盘电路采用独立按键接口电路，用来设定参数。电路框图电路框图见图。譬信号调理电路卜型最小系统魉控制执行电路卜图电路框图软件设计单片机软件设计流程如图所示。万方数据计算机与自动化技术电子工蠢师年月图单片机软件流程温度的设定值以及对温度进行监控都是用户通过单片机键盘进行设置的。需要说明的是，在计算温度

7、测量值中采用了将连续次采样值去掉最大值和最小值后求平均作为最终测量值的方法，可以有效地减小采样过程中随机误差对测量精度造成的影响，并消除脉冲干扰信号对测量结果造成的影响。同时，以此平均值与用户设定的温度值进行比较来判断温度是否超标，可以避免单次测量的误差引起的“干扰虚假信号”。结束语该系统硬件简单，容易实现，测量范围一般为一一，测量精度高且电路材料成本低廉，因此具有一定的应用价值。参考文献张志良单片机原理及应用北京：机械工业出版社，李现勇串口通信技术与工程实践北京：人民邮电出版社，张维新半导体传感器天津：天津大学出版社，（怕），）：，：士；斟垃遵；噬遵显蛙蛙显噬监；蝗遵蛙蛙鏊鼗譬噬遵遵鏊遵蛙；

8、蛙墅整鳖起譬监蛰啦蕊；滥篷遵盥滥；啦鼗交噬噬鳖监监；监蛙蝗篷遵监磐：；蛙遵装（上接第页）设置的、位读取但温度寄存器的（高位）根据的值，读取相应地址的温度补偿值将温度补偿值写入时钟调整寄存器等待以结束语图舳的温度补偿流程实时钟芯片一是一种具有线串行接口的芯片，与接口兼容，同时也是一种低功耗、多功能、高精度的时钟日历芯片，具有对年、月、日、星期、时、分、秒的计时以及可编程闹钟、定时、中断功能，有闰年补偿及宽工作电压（）、和制式以及上电复位功能，特别是具备温度补偿功能，可实现高精度计时。一是选用宽温度范围的高精度实时时钟芯片的理想选择，可用于数码产品例如数码相机、数码摄像机、录像机、移动电话等方面。

9、参考文献高登芳，潘承武，朱英杰微型计算机实用测控接口技术北京：北京科学技术出版社，余永权，汪明慧，黄英单片机在控制系统中的应用北京：电子工业出版社，万方数据 PN结温度传感器原理及应用作者：赵洪涛， ZHAO Hongtao作者单位：淮安信息职业技术学院,江苏省,淮安市,223001刊名：电子工程师英文刊名：ELECTRONIC ENGINEER年，卷(期：2006,32(7被引用次数：2次参考文献(3条1. 张维新 半导体传感器 19992. 李现勇 Visual C+串口通信技术与工程实践 20023. 张志良 单片机原理及应用 2005引证文献(2条1. 邓宏. 朱江. 刘雪莲. 王文杰. 梁琨. 杨茹. 韩德俊 BDJ光探测器的温度特性及其温度校准研究期刊论文-半导体光电 2008(42. 王红霞. 韩存仓 汽车离合器分离轴承模拟试验机系统设计期刊论文-机电工程技术 2007(10本文链接：