我們應(yīng)該選擇 NTC 熱敏電阻、線性熱敏電阻還是模擬溫度傳感器？

選擇合適的 溫度傳感器不僅可以節(jié)省成本，還可以最大限度地提高系統(tǒng)性能。在這篇文章中，我將重點(diǎn)介紹負(fù)溫度系數(shù) (NTC) 熱敏電阻、線性熱敏電阻和模擬溫度傳感器，它們都是具有成本效益的溫度傳感解決方案。問(wèn)題是：你怎么知道為你的應(yīng)用選擇哪一個(gè)？

NTC 和線性熱敏電阻在技術(shù)上屬于電阻器類(lèi)型，它們會(huì)隨著熱條件改變其電阻。因此得名“therm+ister”。需要一個(gè)偏置電路和一些外部組件，如圖 1 所示，其中一個(gè)偏置電阻器和一個(gè)熱敏電阻構(gòu)成一個(gè)分壓器，并連接到一個(gè)可選的運(yùn)算放大器，該運(yùn)算放大器連接到微控制器 (MCU) 的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ( ADC），從而將熱敏電阻電阻轉(zhuǎn)換為溫度值。

圖 1：NTC 熱敏電阻解決方案

熱敏電阻的優(yōu)點(diǎn)是成本低。此外，作為電阻器，它們可以放在非常小的兩端封裝中并放入有線探頭中。

NTC 熱敏電阻的缺點(diǎn)是其輸出僅在較窄的溫度范圍內(nèi)呈線性，而在較寬的溫度范圍內(nèi)保持非線性。圖 2 繪制了一個(gè) NTC 熱敏電阻的三個(gè)輸出曲線，該熱敏電阻偏置為 1MΩ、35kΩ 和 10kΩ。每條曲線在狹窄的溫度范圍內(nèi)都是線性的，對(duì)于 1MΩ、35kΩ 和 10kΩ，線性度分別在 10oC、75oC 和 50oC 以下。盡管可以使用經(jīng)過(guò)特殊校準(zhǔn)的 NTC 熱敏電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)特定溫度的目標(biāo)精度，但它們的成本更高，并且維護(hù)這些不同的設(shè)備使庫(kù)存管理變得極其復(fù)雜。其他缺點(diǎn)包括不可預(yù)測(cè)的故障、噪聲敏感性和更高的功耗。

圖 2：NTC 熱敏電阻輸出電壓與溫度的關(guān)系

由于這些原因，NTC 熱敏電阻最適用于不可預(yù)測(cè)性和功率效率不重要的狹窄溫度范圍。

模擬溫度傳感器是一種有源半導(dǎo)體器件，其輸出是與溫度成比例的電壓或電流值。作為集成電路 (IC)，模擬溫度傳感器具有 NTC 熱敏電阻不具備的內(nèi)置智能功能，使模擬溫度傳感器的設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單。圖 3 顯示了 TI 的一款模擬溫度傳感器的典型應(yīng)用，僅使用 IC 而沒(méi)有外部組件。

圖 3：模擬溫度傳感器解決方案示例

與 NTC 熱敏電阻不同，TI 的模擬溫度傳感器在很寬的溫度范圍內(nèi)都是準(zhǔn)確的，并且在整個(gè)工作范圍內(nèi)具有線性輸出。您無(wú)需擔(dān)心不同設(shè)備的庫(kù)存。此外，TI 的獨(dú)特設(shè)計(jì)使這些器件具有極低的電流和低噪聲靈敏度。如圖 4 所示，它描繪了 TI LMT84低成本模擬溫度傳感器的輸出，其輸出在 -40oC 至 150oC 范圍內(nèi)呈線性。

圖 4：TMP235 和 TMP236 輸出電壓與溫度的關(guān)系

為了兩全其美，有像 TMP61 這樣的線性熱敏電阻。TMP61 在整個(gè)溫度范圍內(nèi)提供線性電阻變化和線性斜率，從而在更高的溫度下提供更高的電阻值。這意味著線性熱敏電阻在較高溫度下比 NTC 熱敏電阻消耗更少的功率并且沒(méi)有自發(fā)熱，因此在高溫下保持高精度。 

圖 5 顯示了與典型 NTC 熱敏電阻相比，同一器件的電流消耗曲線。LMT84消耗 5μA（ -50oC至 150oC），而相應(yīng)的 NTC 熱敏電阻消耗 101μA 至 315μA。

圖 5：功耗 – 熱敏電阻與模擬溫度傳感器

圖 6 顯示了模擬溫度傳感器與 NTC 熱敏電阻在嘈雜環(huán)境中的對(duì)比，這兩個(gè)器件都安裝在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器上。在室溫下，NTC 熱敏電阻和傳感器的噪聲水平相當(dāng)，但在高溫下，NTC 熱敏電阻的噪聲水平會(huì)變得更差，因?yàn)樗鼤?huì)失去分辨率。模擬溫度傳感器的噪聲通常比 NTC 熱敏電阻低三倍。在這些高溫下，線性熱敏電阻保持靈敏度，因此保持分辨率。 

圖 6：NTC 熱敏電阻與連接到開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的模擬溫度傳感器的噪聲實(shí)驗(yàn)

對(duì)于非常窄的溫度（通常在 0oC 和 70oC 之間），NTC 熱敏電阻可以很好地工作，因?yàn)樗鼈兙哂歇M窄的線性范圍和成本效益。盡管可以使用經(jīng)過(guò)特殊校準(zhǔn)的 NTC 熱敏電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)特定溫度的目標(biāo)精度，但它們的成本更高，維護(hù)這些不同的設(shè)備可能是庫(kù)存的噩夢(mèng)。在相同的價(jià)位上，線性熱敏電阻可在較寬的溫度范圍內(nèi)提供高精度。模擬溫度傳感器消除了這些挑戰(zhàn)，并且易于使用、準(zhǔn)確且極具成本競(jìng)爭(zhēng)力。