利用PN结Vf(1).doc

利用PN结Vf-T特性测温曾 刚 杨宏春（电子科技大学物理电子学院 成都 610054）摘要：给出PN结正向压降随温度变化的关系，针对几种常用型号的双极型三极管进行了实测，在材料允许的温度范围内，恒定正向电流下，Vf与温度保持良好的线性关系并具有很好的灵敏度。文章并给出用PN结作传感器的数字化温度测控电路实例。关键词：PN结，温度传感器，测温中图分类号：TN美国在上世纪60年代提出利用半导体二极管和三极管作温度计的设想。利用Si三极管，美国研制成功了在50120范围，精度0.1，1000天温漂26mV，略去（2）中的常数1，考虑到Vg也是随温度变化的量，Vg=Vg0+T，Vg0为绝对零度时的禁带宽，为对应的温度系数，将其代入（2）。两边取对数（3）这就是Vf-T关系。当正向电流If恒定时，Vf-T非线性误差主要来自上式右侧第三项。由（其中G为线性项贡献的灵敏度）及可知，在实际测量范围内且If较小（BRSFFRSFF451345134513零点调节OP07OP07满度调节+VCC+VCCPNt451045104585458545084508MC14433EOCDUDS4DS3DS2Q0Q3DZR1R2R4R5R6W1W2R7预置D0D3预置D4D7PRET1T2图五电路说明三极管T1、T2、电阻R1和R2构成恒流源向PNt提供正向电流；两个运放OP07分别作隔离和放大。MC14433是3 1/2 位BCD码输出AD转换器，其输出经4513译码驱动共阴LED显示。AD转换输出同时送4508锁存（两片4508同时锁存1 10 BCD码），以便与预置温度值比较。图四按钮S1、S2及两个RS触发器分别产生预置温度的1和10输入脉冲，由4510计数后通过4585与对应的AD输出值进行比较，比较的结果控制加热器电源。图五是该电路的数字I/O部分。测温BCD码及选通脉冲输出至（单片机的）外部接口；DU和EOC短接后的输出经倒相可作为中断请求信号。外部接口也可向控制电路输入D0D3、D4D7两路BCD码分别作个位和十位温度预置值，PRE为预置选通脉冲。参考文献张开逊，王向. PN结正向特性测温.物理,1980，Vol 9(3)：213-217J.H.Snartz,J.R.Gaines.Wide Range Thermometry Using Gallium. ”Temperature,Its Measurement and Control in Science and Industry Part 2” 1972:1117-1124 C.E.Davis,P.B.Coates. Linearization of Silicon Junction Characteristics for Temperature measurement .Journal of Physics E: Scientific Instruments 1977 Vol10:613 陈水桥. PN结正向压降特性的研究和应用，物理实验2000 Vol20(7)：7