第一章 2014现代传感器原理及应用[张志勇,王雪文,翟春雪等][电子课件].ppt

∵材料的弹性和密度随T变, 其谐振器的谐振频率是T函数, ∴ T变化时f改变。 石英晶体谐振器f的аT高达75×10-6/℃，分辨率为0.001℃ ，但仅用于500℃以下。 铱和蓝宝石材料谐振器在1900℃时仍能保证原有性能，可用于测量液态金属的温度。 二、谐振式温度计 谐振温度计 第一章 作业 1, 2, 3, 5, 9 3. 晶体管温度传感器基本电路 VT为反馈元件跨接在运放的反相输入端和输出端，基极接地；C可防止寄生振荡。VT的Ic仅取决于Rc和电压E, Ic=E/Rc，保证了恒流源工作条件。 1.3.2 集成温度传感器 设计电阻R1的压降为⊿Vbe： VT1和VT2的材料、杂质分布、种类完全相同，且都处于正向工作状态 一、核心原理 Ies为发射结反向饱和电流，J0反响饱和电流密度；若Aes为发射结面积，且Aes2/ Aes1=γ为常数，保证I1/I2常数，⊿Vbe是T 理想的线性函数。（Proportional To Absolute Temperature：PTAT） PN 结 型 温 度 传 感 器 二、电压型集成温度传感器 1. 基本原理 故 则上式的比例系数为: R1上电压为： --指输出电压与T成正比 只要电阻比为常数,正比于T。 VT3、VT4、VT5 的结构和性能完全相同，组成电流镜 PN 结 型 温 度 传 感 器 2．电路结构及应用 由温度传感器PTAT、基准电压和运放三部分组成。 核心是温度传感器； 原理是输出电压与T成正比 常用结构图：四端电压输出外形结构 若输入与输出短接，运放起缓冲作用，输出为: PN 结 型 温 度 传 感 器 基本应用电路 PN 结 型 温 度 传 感 器 若给输入端IN加上偏置10T0(mV)，运放变成比较器，传感器的输出OUT可用于控温。 PN 结 型 温 度 传 感 器 三、电流型集成温度传感器AD590 1. AD590的基本原理 VT3和VT4为电流镜型恒流源，则电路总电流IT为： 欲使IT随T线性变化，R须用具有零温度系数的薄膜电阻。则电流灵敏度为： 若γ取8,R为358Ω，则CT可调整为1μA/K。 PN 结 型 温 度 传 感 器 2.AD590实际电路 VT1、VT2、VT3、VT4提供相等恒流，VT9和VT11发射结面积比为γ。 VT7、VT8差分对管的作用使两边VC相等，VT10为恒流负载, I10=I11, R5的电流为R6的2倍， 则有： PN 结 型 温 度 传 感 器 AD590等效于一个高阻抗的恒流源。 在工作电压为+4～+30V、 -55～+150℃： I（μA）与T（K）严格成正比。 在298.2K时输出电流298.2μA。 微安表就可标成温度。 封装形式 T0-52封装 陶瓷封装 T0-92封装 3．AD590的结构及性能 AD590的外形及符号 ： 用于不同温度范围 PN 结 型 温 度 传 感 器 1.3.3 温敏闸流晶体管 ----常简称为闸流管或晶闸管，是一个四层pnpn结构的三端器件 包括：三个pn结J1、J2、J3， 阳极A和阴极K，栅极G2。 可看成由一个pnp和npn组合。pnp的集电极总是和npn的基区连接在一起。 结构图： PN 结 型 温 度 传 感 器 一、工作原理 正向工作时，A和K间加正向电压，J1和J3均为正偏，J2处于反偏，流过很小的电流IA，晶闸管处于高阻态，称为正向阻断状态——断态。 正偏下通过控制栅极电流，可由断态变为通态。 可作为一种理想的开关器件。 反向工作时，J1和J3处于反偏。因J3两侧是重掺杂区，则J1几乎承受所有的反向电压，流过很小的反向电流，此时称为反向阻断状态。 PN 结 型 温 度 传 感 器 等效结构： 等效电路： PN 结 型 温 度 传 感 器 基本电流-电压特性 正偏条件下（0）～（1）是正向阻断区，即关态；（1）～（3）为通态， 处于通态的晶闸管即使去掉栅极偏置，只要电流电压大于保持点（2）的保持电流Ih 和Vh，仍保持导通状态。 只有电流低于Ih时，才会由通态转换为断态。 PN 结 型 温 度 传 感 器 二、晶闸管的温度特性 电流-电压特性随温度的变化而改变。 当温度升高时正向翻转电压下降， 当晶闸管处于正偏且无栅电流时，其阳极电流为： T越高，电流增益α增加，T升高到使（α1+α2≈1）时温度的微小变化可引起IA的巨大变化，即由断态进入通态。此时对应的温度称为开关温度，或称导通温度。 可见正向阻断区的晶闸管可在温度触发下实现状态翻转，从而实现温度开关作用。 PN 结 型 温 度 传 感 器 三、温敏晶闸管的开关温度控制 一般晶闸管的开关温度on-off都很高，以提高其热稳定性。其