电气测试技术（第5版）课件：微型温度传感器.pptx

28December2024微型温度传感器4.2.1热释电温度传感器4.2.2PN结温度传感器4.2.3集成（IC）温度传感器4.2.4石英振子温度传感器4.2.5微型温度传感器应用实例

28December20244.2.1热释电温度传感器热释电晶体具有自发的电极化能力，电极化强度与温度有关，晶体的这种性质称为热释电效应。常温下，虽然晶体也产生热释电效应，在与自发极化强度垂直的两端面出现极性相反、密度等于的面束缚电荷，但是该电荷被晶体内部和外部的自由电荷中和，故对外呈现中性。由此可见，不能在静态条件下测量热释电晶体的自发极化电荷。图4-1热释电温度传感器原理a）热释电效应b）等效电路c）极化强度与温度的关系

28December20244.2.2PN结温度传感器利用PN结的温度特性可做成各种测温传感器。二极管PN结温度传感器基本原理如前所述，PN结电流与电压的关系为：式中，A为PN结横截面积；q为流过PN结的电荷量（）；为玻尔兹曼常数（）；T为热力学温度。在载流子注入情况下，流过PN结反向饱和电流可表示为：

28December2024对硅单晶 （4-5）式中，；为禁带宽度。联立求解式（4-3）～式（4-5）得： 一般情况下，上式括号内的两项与温度的关系可忽略。因此 （4-6）式中，为常数。 由此可见，PN结两端电压与温度成线性关系。

28December2024基本特性正向电流一定时，二极管PN结温度传感器PN结两端电压与温度之间的关系在相当宽的温域内具有良好的线性，见图4-2a。图4-2PN结温度传感器的特性a）二极管PN结的温度特性b）晶体三极管PN结的温度特性

28December2024晶体管PN结温度传感器1.基本原理硅晶体三极管的约有2mV/℃的温度系数。利用这一性质可制成小型的晶体三极管温度传感器。 由晶体管原理可知，、与热力学温度T有下列关系： 式中，为与基极偏压有关的常数；为由基区少数载流子特性决定的常数。2.基本特性由式（4-7）可见，一定时，基本上与温度T成线性关系。但温度较高时，非线性误差较严重，见图4-2b。

28December20244.2.3集成（IC）温度传感器集成（IC）温度传感器是指把温度敏感元件与后续放大器集成于一片芯片上，组成传感与放大为一体的功能器件的传感器。温度敏感元件的原理与晶体管PN结温度传感器相似。电压输出型IC温度传感器其电路原理见图4-3。电流输出型IC温度传感器见图4-4。

28December2024电压输出型IC温度传感器图4-3电压输出型IC温度传感器a）温度敏感元件b）IC温度传感器原理电流输出型IC温度传感器图4-4电流输出型IC温度传感器a）内部电路b）I－U转换运用等效电路

28December20244.2.4石英振子温度传感器利用石英晶体切片构成振子，其谐振频率随温度变化而变化的特性构成测温传感器。其谐振频率为： 式中，为谐波次数；为晶片厚度；为晶体密度；为常数。在一般情况下，、、均与温度有关，其中、与晶片切割方向有关。选择某一切割方向，可使、、三者的变化互相抵消，则随温度t的变化极小；若选择另一切割方向，可使三者随温度的变化互相加强，则随温度的变化就十分明显，此法可用于测温。

28December2024频率与温度之间的关系为： （4-11）式中，、分别为温度、时的振荡频率；、、分别为一次、二次、三次频率温度系数。由式（4-11）可见，选择某一切割方向切下的晶片，能使、、随温度变化引起频率的变化量相互抵消，即温度变化后，仍等于，故此方向切下的晶片可作为频率基准源的振子，如石英晶体振荡器的振子。但是，也可选择另一切割方向，使、随温度的变化几乎为零，而为最大，那么，式（4-11）可写成 （4-12）式中，为频率系数；。由上