Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Кремниевый датчик температуры запрещенной зоны является чрезвычайно распространенной формой датчика температуры ( термометр ) , используемого в электронном оборудовании. Его главное преимущество состоит в том, что он может быть включен в кремниевую интегральную схему по очень низкой цене. Принцип действия датчика заключается в том, что прямое напряжение кремниевого диода , который может быть переходом база-эмиттер биполярного переходного транзистора (BJT), зависит от температуры в соответствии со следующим уравнением:

куда

T = температура в кельвинах ,
T 0 = эталонная температура,
V G 0 = напряжение запрещенной зоны при абсолютном нуле ,
V BE 0 = напряжение перехода при температуре T 0 и токе I C0 ,
k = постоянная Больцмана ,
q = заряд электрона ,
n = константа, зависящая от устройства.
Схема ссылки на запрещенную зону Brokaw

Сравнивая напряжения двух переходов при одинаковой температуре, но при двух разных токах, I C1 и I C2 , можно исключить многие переменные в приведенном выше уравнении, что приведет к соотношению:

Обратите внимание, что напряжение перехода является функцией плотности тока, т. Е. Тока / площади перехода, и аналогичное выходное напряжение можно получить, управляя двумя переходами с одним и тем же током, если один имеет площадь, отличную от другой.

Схема, которая заставляет I C1 и I C2 иметь фиксированное соотношение N: 1, [1] дает соотношение:

Электронная схема, такая как эталон ширины запрещенной зоны Брокоу , которая измеряет Δ V BE, поэтому может использоваться для расчета температуры диода. Результат остается в силе примерно до 200–250 ° C, когда токи утечки становятся достаточно большими, чтобы искажать измерения. Выше этих температур вместо кремния можно использовать такие материалы, как карбид кремния.

Разность напряжений между двумя р - п - переходов (например , диоды ), работают при разных плотностях тока, является р roportional т о bsolute т емпера тура (ПАТ).

Схемы PTAT, использующие либо BJT, либо CMOS транзисторы, широко используются в датчиках температуры (где мы хотим, чтобы выходной сигнал изменялся в зависимости от температуры), а также в опорных напряжениях с запрещенной зоной и других схемах компенсации температуры (где нам нужен одинаковый выход при каждой температуре). [1] [2] [3]

Если высокая точность не требуется, достаточно смещать диод любым постоянным малым током и использовать его тепловой коэффициент -2 мВ / C для расчета температуры, однако это требует калибровки для каждого типа диода. Этот метод распространен в монолитных датчиках температуры. [ необходима цитата ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б Джеймс Брайант."IC Temperature Sensors". Архивировано 27 августа 2013 г. в Archive.today . Аналоговые устройства. 2008 г.
  2. ↑ К. Росси, К. Галуп-Монторо и М. С. Шнайдер.«Генератор напряжения ПТАТ на основе МОП-делителя напряжения» . Конференция и выставка по нанотехнологиям, Технические материалы, 2007.
  3. ^ Андре Луис Айта и Сезар Рамос Родригес.«Несоответствие источников тока PTAT CMOS по температуре» . 26-й симпозиум по интегральным схемам и проектированию систем (SBCCI 2013). 2013.
  • Р. Дж. Видлар (январь 1967 г.). «Точное выражение для теплового изменения напряжения базы эмиттера биполярных транзисторов». Труды IEEE . 55 (1): 96–97. DOI : 10.1109 / PROC.1967.5396 .

Внешние ссылки [ править ]