CN1038782C - Pn结温度传感器工作方式的改进和线性化新方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种PN结温度传感器工作方式的改进和实现高精度线性化的新方法。解决现有PN结半导体温度传感器要在恒流条件工作这一技术偏见及其正向压降与其温度并非严格线性关系的问题。本发明将PN结与固定电阻串接使其工作在恒压条件下，将PN结两端的压降做测量信号输出，本发明克服了已往技术偏见，使PN结工作在恒压条件，省略了复杂的恒流电路，且该方法制做的传感器性能稳定，线性良好，体积小，响应时间短，灵敏度高，使用方便，测量准确，价格低廉。特别对二极管其效果更佳。
Description
本发明涉及一种PN结温度传感器工作方式的改进和实现高精度线性化的新方法。
现有技术中二极管、三极管等PN结半导体温度传感器由于灵敏度高，性能稳定、价格低等优点已广泛用于温度测量领域。其不足是：两者都必须有精确的恒流电路、使其成本造价高，且输出特性的线性不很好；如美国摩托罗拉公司70年代生产的硅三极管温度传感器MTS102、MTS103，MTS105具有一定的代表性，使用温度在-40-150℃，恒流条件下，非线性误差典型值为±1℃。(摩托罗拉公司1981)硅二极管非线性误差比三极管还要大，时至今日，PN结半导体温度传感器要在恒流条件下工作及其正向压降与其温度并非严格的线性关系这在国内外有关文献、教科书、传感器专著中已成定论。
本发明目的是克服传统技术偏见，提供一种造价低线性好的PN结温度传感器工作方式的改进和线性化新方法。
本发明特征在于将温度传感器中PN结与适宜的固定电阻串联，并使该串联支路工作在恒压条件下，将PN结两端的压降做为测量信号输出，此输出与温度成高精度线性关系。其中PN结为硅或砷化镓或锗二极管或三极管，特别是二极管，恒压为1-20V，温度系数≤100ppm，固定电阻为500Ω-50KΩ。
本发明完全抛开了PV结温度传感器要在恒流条件下工作的传统技术偏见，采用变化的工作电流，只需一个与PN结串联的定值电阻，并使该串联支路工作在恒定电压条件下(电压值可不同)，则PN结正向压降与其温度成高精度的线性关系，这一发明揭示了PN结的正向压降与其温度之间的一个未知的规律。
本发明实施例结合附图说明如下：
如图所示，将PN结如硅二极管与1KΩ固定电阻串联，用温度系数为50ppm1.25V参考电压加在串联支路上，用硅二极管两端的正向压降做输出测量信号，在-50-150℃范围内，硅二极管的非线性误差≤0.3℃，本例选用未加任何挑选的普通硅二极管，每支八分钱，即可达到上述指标，该指标达到和超过了现今常用的各种类型的温度传感器，包括最新的集成温度传感器。本例中电阻可以是500Ω-50kΩ中任意值，电压为1-20V中任意值。表一为原恒流工作与恒压工作非线性误差的比较：
表一：
范围 0-100℃ -50-150℃非线性误差℃ 最小值 典型值 最大值 最小值 典型值 最大值工作条件恒流100μA 0.8 1.0 1.5 1.5 2.0 3.0恒压1.25V 0.1 0.2 0.3 0.2 0.4 0.6
表二是用上述方法制成的五台3 1/2位数字式温度计的实测结果，其中恒定电压取自模数转换电路中的基准电压源。
表二：温度(℃±0.1)： -50 0 25 50 75 100 125 150误差(℃)：温度计1 +0.4 0 +0.1 +0.3 0 -0.1 -0.3 0
2 +0.2 0 +0.2 +0.1 0 -0.1 -0.4 0
3 +0.2 0 0 +0.2 -0.1 -0.2 -0.4 0
4 +0.4 0 0 +0.1 0 0 -0.3 0
5 +0.5 0 0 +0.2 -0.1 -0.1 -0.2 0
本发明的优点和效果：1、本发明克服了以往PN结温度传感器必须工作在恒流条件及其正向压降与其温度并非严格线性关系的传统技术偏见，揭示了迄今人们尚未发现的PN结正向压降与其温度之间的一个未知的规律，为PN结温度传感器家族提供了一种性能稳定，线性良好，体积小，响应时间短，灵敏度高，使用方便，测量准确又十分廉价的温度传感器；2、用该方法制做的温度计省略了复杂的恒流源而代之以模数转换电路中的基准电压源，使其结构简单造价低；3.用该方法制做的温度计实现了高精度的线性关系，用硅二极管制做的温度计在-50-150℃其非线性误差在0.3℃以内。
Claims (3)
1、一种PN结温度传感器工作方式的改进和线性化新方法，其特征在于该方法将温度传感器中PN结与适宜的固定电阻串联，并使该串联支路工作在恒压条件下，将PN结两端的正向压降作为测量信号输出，此输出与温度成高精度线性关系。
2、根据权利要求1所述的线性化新方法，其特征是PN结为硅或砷化镓或锗二极管或三极管。
3、根据权利要求1或2所述的线性化新方法，其特征是所述恒压为1-20V，温度系数≤100ppm，固定电阻在500Ω-50KΩ之间。
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| CN94106495A CN1038782C (zh) | 1994-06-24 | 1994-06-24 | Pn结温度传感器工作方式的改进和线性化新方法 |
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1994
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| 传感器电子学第一版 1987.11.1 高桥清 小长井诚 宇航出版社 * |
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