集成溫度傳感器μPC616及其應(yīng)用

PN結(jié)集成溫度傳感器是利用晶體管在不同的溫度下有不同的電流密度差來(lái)工作的。它的輸出形式可分為電壓型和電流型兩種，其中電壓型的靈敏度一般為10mV/℃，電流型的靈敏度為1μA/℃。它還具有絕對(duì)零度時(shí)輸出電量為零的特性，利用這一特性，可以很容易地測(cè)量絕對(duì)溫度值。μPC616是電壓輸出型PN結(jié)集成溫度傳感器。

1μPC616的結(jié)構(gòu)與工作原理

PN結(jié)集成溫度傳感器具有良好的輸出線(xiàn)性，輸出阻抗低，易與控制電路接口，可用于溫度的測(cè)量和控制，也可用于熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償和空氣流速檢測(cè)等方面。μPC系列的傳感器是NEC公司的產(chǎn)品，μPC616是典型產(chǎn)品之一，其原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1、圖2。 
 
μPC616A的測(cè)量范圍是-40～+125℃，而μPC616C測(cè)量范圍是-25～+85℃。μPC616A是利用一對(duì)非常匹配的晶體管，使它們工作在不同的電流密度下，利用晶體管VBE之差ΔVBE與溫度(T)的線(xiàn)性關(guān)系來(lái)測(cè)溫。在圖1中，發(fā)射極和基極電壓之差ΔVBE可表示為：

式中：K為波爾茲曼常數(shù)，I1、I2為晶體管G1和G2的集電極電流，q為電子電荷，r為G1和G2發(fā)射極面積比，是一個(gè)常數(shù)。

由上式可知，如果I1／I2在較寬的溫度范圍內(nèi)不變，則ΔVBE與絕對(duì)溫度T成線(xiàn)性關(guān)系。圖3是μPC616A的PN結(jié)溫度(℃)與其輸出電壓(V)之間的關(guān)系曲線(xiàn)，可以看出，它們之間呈現(xiàn)非常好的線(xiàn)性關(guān)系。

從圖2中可以看出，μPC616電路可分為溫度傳感器部分、穩(wěn)壓部分和運(yùn)算放大器部分。溫度傳感器部分具有10mV/K的溫度系數(shù)，其輸出電壓的絕對(duì)值在T=25℃時(shí)為2.982V(對(duì)應(yīng)于298.2K)，因此μPC616可以很方便地把它的輸出值轉(zhuǎn)換成絕對(duì)溫度值。穩(wěn)壓部分中具有溫度補(bǔ)償電路，因而使輸出電壓十分穩(wěn)定，整個(gè)電路性能具有穩(wěn)定、可靠和重復(fù)性好的優(yōu)點(diǎn)，這部分電路等效成一個(gè)擊穿電壓為6.85V的齊納二極管。運(yùn)算放大器在電路中具有兩個(gè)功能，其一是當(dāng)μPC616用于測(cè)溫時(shí)，運(yùn)算放大器的反相輸入端與輸出端連接而成為電壓跟隨器，輸出信號(hào)與所測(cè)絕對(duì)溫度(K)相對(duì)應(yīng)，輸出電壓與溫度的對(duì)應(yīng)值為100K／V；第二個(gè)功能是反相輸入端單獨(dú)使用，作為溫度控制時(shí)設(shè)定值的輸入端。

2 集成溫度傳感器μPC616的應(yīng)用

μPC616的應(yīng)用電路十分簡(jiǎn)單，圖4所示是用于測(cè)溫的兩種基本電路，電路中的1腳、2腳相連，第3腳與1，2腳之間具有10mV/K的溫度系數(shù)，而且輸出電壓V0=(10mV／K)×T，T為絕對(duì)溫度。從圖2可知，第3、4腳之間有一個(gè)相當(dāng)于6.85V的穩(wěn)壓管。為使穩(wěn)壓管能正常工作，外加電源應(yīng)大于6.85V并需串入一個(gè)電阻，這個(gè)電阻值的大小根據(jù)μPC616工作電流(約1mA)和外加電壓來(lái)確定，例如外加電壓為15V，則：

μPC616溫度傳感器除可用于測(cè)量溫度外，還可用于溫度控制。如圖5所示，傳感器的2腳作溫度設(shè)定值的輸入端，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器Rw，使它的電阻值定在與某一溫度相對(duì)應(yīng)的電壓值上。當(dāng)外界溫度超過(guò)或低于此溫度時(shí)，1腳會(huì)輸出高電平或低電平，完成對(duì)溫度的判斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制或進(jìn)行報(bào)警。

3 結(jié)束語(yǔ)

PN結(jié)集成溫度傳感器μPC616與其他集成溫度傳感器一樣，主要用于環(huán)境空間溫度的檢測(cè)、控制，以及家用電器中溫度檢測(cè)、控制和補(bǔ)償。