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1、第三节第三节 晶体管与晶体管与集成温度传感器集成温度传感器2024/7/221晶体管与集成温度晶体管与集成温度传感器感器课件件第三节 晶体管与集成温度传感器 1. 测温原理测温原理 一、晶体管温度传感器 PN结的的 温度特性温度特性 二极管的正向二极管的正向电压降电压降UD以以 -2mV/ 变化变化 2024/7/222晶体管与集成温度晶体管与集成温度传感器感器课件件第三节 晶体管与集成温度传感器 通通常常，灵灵敏敏度度为为负负。低低温温时时，砷砷化化镓镓PN结比硅管更好；而硅的线性度较好。结比硅管更好；而硅的线性度较好。 1. 热敏二极管 NPN集集电电极极电电流流恒恒定定时时，Vbe随随环
2、环境境温温度度变化。变化。 2. 热敏三极管2024/7/223晶体管与集成温度晶体管与集成温度传感器感器课件件三 集成温度传感器 集成温度传感器（温度集成温度传感器（温度IC）将温度）将温度敏感元件和放大、运算和补偿等电路采敏感元件和放大、运算和补偿等电路采用微电子技术和集成工艺集成在一片芯用微电子技术和集成工艺集成在一片芯片上，从而构成集测量、放大、电源供片上，从而构成集测量、放大、电源供电回路于一体的高性能的测温传感器。电回路于一体的高性能的测温传感器。 2024/7/224晶体管与集成温度晶体管与集成温度传感器感器课件件集成温度传感器的类型集成温度传感器的类型 集成温度传感器可分为：集
3、成温度传感器可分为：模拟模拟型集成温型集成温度传感器和度传感器和数字数字型集成温度传感器。模拟型型集成温度传感器。模拟型的输出信号形式有的输出信号形式有电压型电压型和和电流型电流型两种。两种。 电压型的灵敏度多为电压型的灵敏度多为10mV/（以摄氏（以摄氏温度温度0作为电压的零点），作为电压的零点）， 电流型的灵敏度多为电流型的灵敏度多为1A/K（以绝对温（以绝对温度度0K作为电流的零点）；作为电流的零点）； 数字型又可以分为开关输出型、并行输数字型又可以分为开关输出型、并行输出型、串行输出型等几种不同的形式。出型、串行输出型等几种不同的形式。 2024/7/225晶体管与集成温度晶体管与集成
4、温度传感器感器课件件（一）模拟型集成温度传感器（一）模拟型集成温度传感器 1.1.模拟型集成温度传感器模拟型集成温度传感器 电流输出型温度电流输出型温度传感器能产生一个与传感器能产生一个与绝对温度成正比的电绝对温度成正比的电流作为输出，流作为输出，AD590、AD592是电流输出型是电流输出型温度传感器的典型产温度传感器的典型产品。品。 2024/7/226晶体管与集成温度晶体管与集成温度传感器感器课件件AD590封装示意图 空脚（接地）型号从型号从I到到M，其中，其中M精度最高精度最高AD5902024/7/227晶体管与集成温度晶体管与集成温度传感器感器课件件AD590的基本转换电路 电流
5、电流- -电压转换电路电压转换电路（10mV/K） 增加负载电增加负载电阻的阻值可提阻的阻值可提高输出电压。高输出电压。2024/7/228晶体管与集成温度晶体管与集成温度传感器感器课件件AD590的基本转换电路 输出电压Uo与热力学温度成正比（1mV/K） 输出电压输出电压Uo与与 摄氏温度成正比摄氏温度成正比（100mV/） 2024/7/229晶体管与集成温度晶体管与集成温度传感器感器课件件设1#和2# AD590处的温度分别为 （）和 则输出电压为则输出电压为 (t1-t2)100mv/。图中电位器。图中电位器R1用于调用于调零。电位器零。电位器R4用于调整运放用于调整运放LF355的
6、增益。的增益。 设设1#和和2#AD590处的温度处的温度分别为分别为t1,t2，分，分析电路功能？析电路功能？2024/7/2210晶体管与集成温度晶体管与集成温度传感器感器课件件模拟型集成温度传感器模拟型集成温度传感器AD592C在在070间非线性误差间非线性误差0.05、重复性和长期稳定性重复性和长期稳定性0.1第三节第三节 晶体管与集成温度传感器晶体管与集成温度传感器AD5922024/7/2211晶体管与集成温度晶体管与集成温度传感器感器课件件电压输出型集成温度传感器 LM35/45LM35/45的外形及引脚图的外形及引脚图 2024/7/2212晶体管与集成温度晶体管与集成温度传感
7、器感器课件件电压输出型集成温度传感器 LM35/45 LM35/45构成的摄氏温度测量电路LM35/45组装成的测温传感器2024/7/2213晶体管与集成温度晶体管与集成温度传感器感器课件件图图 3-32 LM35与与ICL7107构成的数字温度计构成的数字温度计71072024/7/2214晶体管与集成温度晶体管与集成温度传感器感器课件件2024/7/2215晶体管与集成温度晶体管与集成温度传感器感器课件件在电脑中，集成温度传感器用于CPU散热保护电路散热风扇集成温度集成温度ICCPU插座插座CPU散热片散热片2024/7/2216晶体管与集成温度晶体管与集成温度传感器感器课件件MAX65
8、02用于控制散热风扇的转速当当CPU进行复杂运算时，风扇处于全速运行。进行复杂运算时，风扇处于全速运行。 场效应管场效应管功率驱动功率驱动 2024/7/2217晶体管与集成温度晶体管与集成温度传感器感器课件件DS18B20是是美美国国DALLAS公公司司近近推推出出的的热热电电式式半半导导体体数数字字集集成成温温度度传传感感器器。它它也也是是利利用用半半导导体体P-N结结在在其其正正常常工工作作温温度度范范围围内内结结电电压压随随温温度度上上升升而而下下降降的的原原理理而而精精心设计实现的。心设计实现的。DS18B20有多种封装形式。有多种封装形式。一线制数字温度传感器一线制数字温度传感器D
9、S18B20DS18B20及其应用及其应用2024/7/2218晶体管与集成温度晶体管与集成温度传感器感器课件件一线制数字温度传感器一线制数字温度传感器DS18B20DS18B20及其应用及其应用1.DS18B20的封装与外部引脚的封装与外部引脚DS1820的几种封装管脚的几种封装管脚图 (a)DS18B20P；(b)DS18B20B（c）DS18B20TO92管脚管脚说明：明：GND地；地；DQ数据数据输入入输出；出；VDD电源源电压；NC空脚空脚2024/7/2219晶体管与集成温度晶体管与集成温度传感器感器课件件2.DS18B20内部功能内部功能电路模路模块其内部功能其内部功能电路模路模
10、块如如图所示所示:DS18B20功能功能块图2024/7/2220晶体管与集成温度晶体管与集成温度传感器感器课件件3.DS18B20的主要功能和特点的主要功能和特点DS18B20对对外外有有效效引引脚脚仅仅3条条，即即电电源源、地地和和信信号号线线。其其主主要功能和特点如下：要功能和特点如下：（1）采采用用独独特特的的“一一线线制制”通通信信方方式式，信信号号符符合合TTL电电平平逻逻辑辑，无无须须任任何何外外围围器器件件，可可直直接接和和各各种种单单片片机机或或微微处处理理器器的的I/O引引脚脚相相连，为简化系统设计提供了极大的方便；连，为简化系统设计提供了极大的方便；（2）温度测量范围为）
11、温度测量范围为-55oC125oC；（3）可可编编程程的的温温度度转转换换分分辨辨率率，可可根根据据应应用用需需要要在在9Bit12Bit之之间选取；间选取；（4）在）在12bit温度转换分辨率下，温度转换时间最大为温度转换分辨率下，温度转换时间最大为750ms；（5）用用户户可可编编程程自自设设置置报报警警温温度度存存入入片片内内非非易易失失性性存存储储器器中中，实实现现温度上、下限自动比对报警功能；温度上、下限自动比对报警功能；（6）电电源源供供电电范范围围3.3V5V，DS18B20的的读读、写写操操作作以以及及温温度度转转换期间所需的电能可通过数据线提供，也可由外部电源提供；换期间所需
12、的电能可通过数据线提供，也可由外部电源提供；（7）DS18B20采用采用节能节能设计，在等待状态下功耗近似为零。设计，在等待状态下功耗近似为零。2024/7/2221晶体管与集成温度晶体管与集成温度传感器感器课件件4.DS18B20的应用的应用（1）硬件接口方法）硬件接口方法目前目前DS18B20在国内的零售价大约为在国内的零售价大约为10元人民币，用于元人民币，用于-50150范范围围内内测测温温，采采用用特特殊殊的的一一线线制制数数字字串串行行通通信信方方式式，故故用用于于智智能能化化仪仪器器对对环环境境温温度度的的监监测测非非常常方方便便，因因不不需需要要配配置置A/D转转换换器器，所所
13、以以采采用用DS18B20测测温温方方案案成成本本低低廉廉。下下图图为为DS18B20与与MCU的的两两种种接接口口电电路路。其其中中a)为为点点对对点点应应用用电电路路，DS18B20电电源源端端接接地地；b)为为点点对对多多点点应应用用电电路路，DS18B20电电源源端接外供电源（端接外供电源（35.5V）。）。a)应用电路块应用电路块1b)应用电路块应用电路块2DS18B20典型应用电路典型应用电路2024/7/2222晶体管与集成温度晶体管与集成温度传感器感器课件件（2）DS18B20的的“一线制一线制”串行通信协议串行通信协议DS18B20DS18B20的的“一一线线制制”串串行行通
14、通信信协协议议中中所所有有的的命命令令和和数数据据都都必必须须通通过过一一根根信信号号线线进进行行传传输输, , 因因此此，对对数数据据读读、写写时时序序有有非非常常严严格格的的要要求求。DS18B20DS18B20主主要要读读、写写时时序序包包括括：初初始始化化时时序序、读读操作时序、写操作时序。操作时序、写操作时序。2024/7/2223晶体管与集成温度晶体管与集成温度传感器感器课件件DS18B20若干温度与其串行数字对照表若干温度与其串行数字对照表温度温度（） 数字输出二进制数字输出二进制数数字字输输出出 十六进制十六进制温度温度（）数字输出二进制数字输出二进制数字输出数字输出十六进制十
15、六进制1250000 0111 1101 000007D0h000000000 0000 00000000850000 0101 0101 00000550h-0.51111 1111 1111 1000FFF825.06250000 0001 1001 00010191h-10.1251111 1111 0101 1110FF5110.1250000 0000 1010 001000A2h-25.06251111 1110 0110 1111FF6F0.50000 0000 0000 10000008h-551111 1100 1001 0000FC902024/7/2226晶体管与集成温度晶体管与集成温度传感器感器课件件
