2024年3月8日发(作者：昝锐思)
集成温度传感器AD590 的工作原理
邬孝军 2
摘 要:介绍AD590型温度传感器的内部电路结构,阐述其工作原理。
关键词:电流型 比例 线性关系
AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值，直接输出与热力学温度成比例的电流信号,在输出端串联一个电阻则转换为电压信号。除此之外,AD590 还具有测温不需要参考点、抗干扰能力强、互换性好等优点。
AD590的内部电路图如图1 所示,简化电路如图2 所示。该传感器由多个晶体管和电阻组成,其中晶体管制作在一个半导体单面基片上,因此它们的特性、损耗和发射极面积能够相互匹配。整体分析图2 ,该电路可看作由两个镜象电流源构成。其中,晶体管Q1 和Q2 组成上镜象电流源,Q3 和Q4 组成下镜象电流源。如果设上镜象电路的输出是Q3 的输入,则Q4 的输入是上镜象电路的输出。
设各晶体管为理想晶体管(即它们的电流放大系数β趋于无穷大) ,则知
I0 =
IC3 +
IC4 (1)
由于镜角电流源Q1 和Q2 的作用,
IC3 =
IC4 ,
Ie3 =
Ie4 =
IC3 。因此
I0 = 2
IC3 = 2
Ie3 (2)
PN
结理想伏安特性表达式为
I
=
IS
(
eV/
V
T
- 1) =
IS
(
eqV/
KT
- 1) (3)
对晶体而言,上式中I
即为发射极电源Ie
;
IS
为集电极—发射极反向饱和电流;
V
为
基极与发射极之间的电压Vbe
;VT
为温度的电压当量(即KTPq) ,
q
为电子电荷,
K
为玻尔
兹曼常数,
T
为热力学温度。
当温度在- 55
℃～155
℃之间时,VT
近似在0104V～0. 05V
之间。这一般的硅管,Vbe
约为十分之几伏,故eVbe/
V
T
m 1。因此, (3) 式可改写为Ie≈
IS eVbe/
V
T
,即
Vbe≈VT1
n
(
Ie
/
IS
) (4)
所以,Vbe3≈VT1
n
(
Ie3 /
IS3 ) ,Vbe4≈VT1
n
(
Ie4 /
IS4 ) 。
由图2 知
Vbe4 =
Vbe3 +
IeR
(5)
所以
VR
=
Ie3
R
=
Vbe4
Vbe3
=
VT1
n〔(
Ie4 /
IS4 ) / (
Ie3 /
IS3 ) 〕
=
VT1
n
(
IS3 /
IS4 ) (6)
由于IS
正比于各晶体管发射极的面积S
,所以(6) 式可改写为
VR
=
VT1
n
(
S3 /
S4 ) (7)
S3 、S4 分别为晶体管Q3、Q4 发射极的面积。若S3 =
NS4 ,则VR
=
VT1
n
(
N) ,即Ie3
R
=
VT1
n
(
N) ,
Ie3 = (
VT
/
R) 1
n
(
N) 。因此
I0 = 2
Ie3
= (2VT
/
R) 1
n
(
N)
= (2
KT/
Rq) 1
n
(
N) (8)
所以
I0 /
T
= (2
K/
Rq) 1n (
N) (9)
由上式知,当电阻R
的阻值给定时,
I0 /
T
为一恒定值。适当选取R
值,理论上可使
I0PT
为110000μAPK(K为热力学温度单位) 。
由上面的分析知,AD590 的输出电流I0 与它所处的热力学温度T
成线性关系,因此
实现了温度至电流强度的线性转换。
与图2 相比,图1 虚线框内增加了一些电路。它们用以改善镜象电流源Q1 和Q2 ,
使之工作时更接近理想电流源(高阻抗) ,从而减弱输入电压变化的影响。经测试,当AD590 两端的电压在+ 4V
和+ 30V 之间时,即使电压有变化,输出的电流信号也没有影响或影响很小。所以AD590 具有消除电源波动的特性。
AD590 电流温度特性性测量电路如图3 所示,V 为PZ114
型四位半直流数字电压表,
R= 1000Ω ,保持电源电压稳定,分别使AD590 处于一系列不同的温度点Ti
,通过测量V
得出相应的输出电流Ii
。对所得的数据点用最小二乘法进行拟合,可得经验公式I
=αT
+γ
AD590 温度传感器不但实现了温度转换为线性化电量测量,而且精确度高、互换性好，在热交换实验中有热损耗存在,且与容器的尺寸结构有关,在量热器的容积一定时,容器的高度为一特定值时可使量热器的热损耗为最小。
参 考 文 献
〔1〕 马葭生,陈国英,江一德1 大学物理选题实验50 例1 上海:华东师范大学出版社,1999
〔2〕 李正平,王广泰,李冬梅1 新编大学物理实验1 北京:中国石化出版社,1999
网址：/view/
2024年3月8日发(作者：昝锐思)
集成温度传感器AD590 的工作原理
邬孝军 2
摘 要:介绍AD590型温度传感器的内部电路结构,阐述其工作原理。
关键词:电流型 比例 线性关系
AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值，直接输出与热力学温度成比例的电流信号,在输出端串联一个电阻则转换为电压信号。除此之外,AD590 还具有测温不需要参考点、抗干扰能力强、互换性好等优点。
AD590的内部电路图如图1 所示,简化电路如图2 所示。该传感器由多个晶体管和电阻组成,其中晶体管制作在一个半导体单面基片上,因此它们的特性、损耗和发射极面积能够相互匹配。整体分析图2 ,该电路可看作由两个镜象电流源构成。其中,晶体管Q1 和Q2 组成上镜象电流源,Q3 和Q4 组成下镜象电流源。如果设上镜象电路的输出是Q3 的输入,则Q4 的输入是上镜象电路的输出。
设各晶体管为理想晶体管(即它们的电流放大系数β趋于无穷大) ,则知
I0 =
IC3 +
IC4 (1)
由于镜角电流源Q1 和Q2 的作用,
IC3 =
IC4 ,
Ie3 =
Ie4 =
IC3 。因此
I0 = 2
IC3 = 2
Ie3 (2)
PN
结理想伏安特性表达式为
I
=
IS
(
eV/
V
T
- 1) =
IS
(
eqV/
KT
- 1) (3)
对晶体而言,上式中I
即为发射极电源Ie
;
IS
为集电极—发射极反向饱和电流;
V
为
基极与发射极之间的电压Vbe
;VT
为温度的电压当量(即KTPq) ,
q
为电子电荷,
K
为玻尔
兹曼常数,
T
为热力学温度。
当温度在- 55
℃～155
℃之间时,VT
近似在0104V～0. 05V
之间。这一般的硅管,Vbe
约为十分之几伏,故eVbe/
V
T
m 1。因此, (3) 式可改写为Ie≈
IS eVbe/
V
T
,即
Vbe≈VT1
n
(
Ie
/
IS
) (4)
所以,Vbe3≈VT1
n
(
Ie3 /
IS3 ) ,Vbe4≈VT1
n
(
Ie4 /
IS4 ) 。
由图2 知
Vbe4 =
Vbe3 +
IeR
(5)
所以
VR
=
Ie3
R
=
Vbe4
Vbe3
=
VT1
n〔(
Ie4 /
IS4 ) / (
Ie3 /
IS3 ) 〕
=
VT1
n
(
IS3 /
IS4 ) (6)
由于IS
正比于各晶体管发射极的面积S
,所以(6) 式可改写为
VR
=
VT1
n
(
S3 /
S4 ) (7)
S3 、S4 分别为晶体管Q3、Q4 发射极的面积。若S3 =
NS4 ,则VR
=
VT1
n
(
N) ,即Ie3
R
=
VT1
n
(
N) ,
Ie3 = (
VT
/
R) 1
n
(
N) 。因此
I0 = 2
Ie3
= (2VT
/
R) 1
n
(
N)
= (2
KT/
Rq) 1
n
(
N) (8)
所以
I0 /
T
= (2
K/
Rq) 1n (
N) (9)
由上式知,当电阻R
的阻值给定时,
I0 /
T
为一恒定值。适当选取R
值,理论上可使
I0PT
为110000μAPK(K为热力学温度单位) 。
由上面的分析知,AD590 的输出电流I0 与它所处的热力学温度T
成线性关系,因此
实现了温度至电流强度的线性转换。
与图2 相比,图1 虚线框内增加了一些电路。它们用以改善镜象电流源Q1 和Q2 ,
使之工作时更接近理想电流源(高阻抗) ,从而减弱输入电压变化的影响。经测试,当AD590 两端的电压在+ 4V
和+ 30V 之间时,即使电压有变化,输出的电流信号也没有影响或影响很小。所以AD590 具有消除电源波动的特性。
AD590 电流温度特性性测量电路如图3 所示,V 为PZ114
型四位半直流数字电压表,
R= 1000Ω ,保持电源电压稳定,分别使AD590 处于一系列不同的温度点Ti
,通过测量V
得出相应的输出电流Ii
。对所得的数据点用最小二乘法进行拟合,可得经验公式I
=αT
+γ
AD590 温度传感器不但实现了温度转换为线性化电量测量,而且精确度高、互换性好，在热交换实验中有热损耗存在,且与容器的尺寸结构有关,在量热器的容积一定时,容器的高度为一特定值时可使量热器的热损耗为最小。
参 考 文 献
〔1〕 马葭生,陈国英,江一德1 大学物理选题实验50 例1 上海:华东师范大学出版社,1999
〔2〕 李正平,王广泰,李冬梅1 新编大学物理实验1 北京:中国石化出版社,1999
网址：/view/