晶体管与集成温度传感器.ppt

2019/7/22,1,第三节 晶体管与 集成温度传感器,2019/7/22,2,第三节 晶体管与集成温度传感器,1. 测温原理,一、晶体管温度传感器,PN结的 温度特性,二极管的正向电压降UD以 -2mV/ 变化,2019/7/22,3,第三节 晶体管与集成温度传感器,通常，灵敏度为负。低温时，砷化镓PN结比硅管更好；而硅的线性度较好。,1. 热敏二极管,NPN集电极电流恒定时，Vbe随环境温度变化。,2. 热敏三极管,2019/7/22,4,三 集成温度传感器,集成温度传感器（温度IC）将温度敏感元件和放大、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。,2019/7/22,5,集成温度传感器的类型,集成温度传感器可分为：模拟型集成温度传感器和数字型集成温度传感器。模拟型的输出信号形式有电压型和电流型两种。 电压型的灵敏度多为10mV/（以摄氏温度0作为电压的零点）， 电流型的灵敏度多为1A/K（以绝对温度0K作为电流的零点）； 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。,2019/7/22,6,（一）模拟型集成温度传感器,1.模拟型集成温度传感器,电流输出型温度传感器能产生一个与绝对温度成正比的电流作为输出，AD590、AD592是电流输出型温度传感器的典型产品。,2019/7/22,7,AD590封装示意图,空脚（接地）,型号从I到M，其中M精度最高,AD590,2019/7/22,8,AD590的基本转换电路,电流-电压转换电路（10mV/K）,2019/7/22,9,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Uo与 摄氏温度成正比（100mV/）,2019/7/22,10,设1#和2# AD590处的温度分别为,（）和,则输出电压为 (t1-t2)100mv/。图中电位器R1用于调零。电位器R4用于调整运放LF355的增益。,设1#和2# AD590处的温度分别为t1,t2，分析电路功能？,2019/7/22,11,模拟型集成温度传感器,AD592C在070间非线性误差0.05、重复性和长期稳定性0.1,第三节 晶体管与集成温度传感器,AD592,2019/7/22,12,电压输出型集成温度传感器 LM35/45,LM35/45的外形及引脚图,2019/7/22,13,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,2019/7/22,14,图 3-32 LM35与ICL7107构成的数字温度计,7107,2019/7/22,15,2019/7/22,16,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IC,CPU插座,CPU散热片,2019/7/22,17,MAX6502用于控制散热风扇的转速,当CPU进行复杂运算时，风扇处于全速运行。,场效应管功率驱动,2019/7/22,18,DS18B20是美国DALLAS公司近推出的热电式半导体数字集成温度传感器。它也是利用半导体P-N结在其正常工作温度范围内结电压随温度上升而下降的原理而精心设计实现的。DS18B20有多种封装形式。,一线制数字温度传感器DS18B20及其应用,2019/7/22,19,一线制数字温度传感器DS18B20及其应用 1. DS18B20的封装与外部引脚 DS1820的几种封装管脚图 (a) DS18B20P；(b) DS18B20B（c）DS18B20TO92 管脚说明：GND地；DQ数据输入输出；VDD电源电压； NC空脚,2019/7/22,20,2. DS18B20内部功能电路模块 其内部功能电路模块 如图所示: DS18B20功能块图,2019/7/22,21,3. DS18B20的主要功能和特点 DS18B20对外有效引脚仅3条，即电源、地和信号线。其主要功能和特点如下： （1）采用独特的“一线制”通信方式，信号符合TTL电平逻辑，无须任何外围器件，可直接和各种单片机或微处理器的I/O引脚相连，为简化系统设计提供了极大的方便； （2）温度测量范围为-55 oC 125 oC； （3）可编程的温度转换分辨率，可根据应用需要在9 Bit 12 Bit之间选取； （4）在12 bit温度转换分辨率下，温度转换时间最大为750 ms； （5）用户可编程自设置报警温度存入片内非易失性存储器中，实现温度上、下限自动比对报警功能； （6）电源供电范围3.3 V 5 V，DS18B20的读、写操作以及温度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； （7）DS18B20采用节能设计，在等待状态下功耗近似为零。,2019/7/22,22,4. DS18B20的应用 （1）硬件接口方法 目前DS18B20在国内的零售价大约为10元人民币，用于 -50150范围内测温，采用特殊的一线制数字串行通信方式，故用于智能化仪器对环境温度的监测非常方便，因不需要配置A/D转换器，所以采用DS18B20测温方案成本低廉。下图为DS18B20与MCU的两种接口电路。其中a) 为点对点应用电路，DS18B20电源端接地；b)为点对多点应用电路，DS18B20电源端接外供电源（35.5V）。 a) 应用电路块1 b)应用电路块2 DS18B20 典型应用电路,2019/7/22,23,（2）DS18B20的“一线制”串行通信协议 DS18B20的“一线制”串行通信协议中所有的命令和数据都必须通过一根信号线进行传输, 因此，对数据读、写时序有非常严格的要求。DS18B20主要读、写时序包括：初始化时序、读操作时序、写操作时序。,2019/7/22,24,（2）DS18B20的“一线制”串行通信协议 DS18B20的“一线制”串行通信协议中所有的命令和数据都必须通过一根信号线进行传输, 因此，对数据读、写时序有非常严格的要求。DS18B20主要读、写时序包括：初始化时序、读操作时序、写操作时序。 DS18B20始终作为从设备，通过其信号线随时等待和接受MCU传入的信号。MCU每次读写均先完成初始化时序（包括复位和启动脉冲）。首先在t0时刻，MCU在信号线上发出一个低电平复位脉冲“Reset Plus”（脉冲宽度必须大于480微秒并小于960微秒），接着在t1时刻CPU释放总线（在信号线上输出高电平）并进入等待接收状态，DS18B20在检测到信号线上的上升沿后，等待1560微秒，接着在t2时刻发出一个低电平启动脉冲“Presence Plus”（脉冲宽度必须大于60微秒并小于240微秒），在t3时刻上拉电阻将总线电平拉高，完成总线初始化操作。 DS18B20的读操作包括：读“0”和读“1”。首先，由CPU将总线由高电平拉至低电平，并至少保持1微秒的宽度，在此后的15微秒内CPU对总线进行采样，若为低电平，则读入的位为“0”；若为高电平，则读入的位为“1”。读入连续两位数据的时间间隔应大于1微秒。,2019/7/22,25,DS18B20的写操作包括：写“0”和写“1”。首先，CPU将总线由高电平拉至低电平，并在此后的15个微秒内将所需要写的位送至总线上。DS18B20在 CPU将总线由高电平拉