JPS5919825A - 温度計 - Google Patents
温度計Info
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- JPS5919825A JPS5919825A JP12966882A JP12966882A JPS5919825A JP S5919825 A JPS5919825 A JP S5919825A JP 12966882 A JP12966882 A JP 12966882A JP 12966882 A JP12966882 A JP 12966882A JP S5919825 A JPS5919825 A JP S5919825A
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- diode
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
- G01K7/01—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using semiconducting elements having PN junctions
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はダイオード電圧の温度変化を利用して絶対温度
に比例した出力を出す温度計に関し、極低温用温度計に
適する他、モノリシック及びディスクリート双方の宵、
見回路用の温度補償素子として使用できる等、広範な用
途に適するものである。
に比例した出力を出す温度計に関し、極低温用温度計に
適する他、モノリシック及びディスクリート双方の宵、
見回路用の温度補償素子として使用できる等、広範な用
途に適するものである。
半導体素子の温度依存性を利用して絶対温度を測る温度
計は従来からあるが、出力と絶対温度の関係がノンリニ
アであったり、出力インピーダンスが高かったシ、所要
電源電圧が高すぎたり、あるいは半導体素子の特性ばら
つきの影響を受は易いという問題がある。以下、第1図
〜第3図により従来技術を簡単に説明しておく。
計は従来からあるが、出力と絶対温度の関係がノンリニ
アであったり、出力インピーダンスが高かったシ、所要
電源電圧が高すぎたり、あるいは半導体素子の特性ばら
つきの影響を受は易いという問題がある。以下、第1図
〜第3図により従来技術を簡単に説明しておく。
第1図はトランジスタのVBEを用いた電圧出力の温度
計の原理を示し、この回路の出力電圧Voは−VBHに
等しいからトランジスタのコレクタ電流Ic と絶対
温度Tの関数として式(1)で与えられる。
計の原理を示し、この回路の出力電圧Voは−VBHに
等しいからトランジスタのコレクタ電流Ic と絶対
温度Tの関数として式(1)で与えられる。
プ
に:ボルツマン定数
q:電子の電荷
A:エミッタ・ペースの接合面積に比例した定数
n:1〜2間の値をとる定数
ところが− コレクタ電流は演算増幅器の作用によって
と一定であるだめ、式(1)のままでは出力電圧■。
は絶対温度Tと直線関係にならない。原理上はIc L
xT” とすれば良いが、これは棲めて複雑な回路を必
要とするため、実用上は、図示はしないが次の■や■の
直線近似化がとられている。
xT” とすれば良いが、これは棲めて複雑な回路を必
要とするため、実用上は、図示はしないが次の■や■の
直線近似化がとられている。
■ 出力であるVBEの一部を演算後にEに帰還してI
ceTの2次式とすることによシ近似する。
ceTの2次式とすることによシ近似する。
■ 式(11は変数Tの多次式に展開できるが、一般に
多次式は定数Vsとaを適当に決めて項が消えるので、
この演算により近似する。
多次式は定数Vsとaを適当に決めて項が消えるので、
この演算により近似する。
いずれにしろ第1図の従来例では本質的に出力VOが絶
対温度Tとノンリニアであシ、近似の域を出ない。
対温度Tとノンリニアであシ、近似の域を出ない。
第2図はトランジスタをダイオードとして使つだ電流出
力の温度計の原理を示す。Q+ *Qt +Q3のトラ
ンジスタのベース・エミッタ接合の面積比を例えば2:
1:1にして第2図の回路を組むと、谷トランジスタの
エミッタ電流II eI2.Ilとペース・エミッタ間
電圧VI3Fi+ *VBPi2+VBE3との関係は
、 となる。−ガ、第2図においてR,=鳥とすればI、=
I、、しかも VBBz = VBEg 一式
(6)であるからIt =Iz=Isとなり出力電流I
TはI T = It 十I2 + Il ”” 3
It ・・・式(7)となる。また第
2図では であるから、これらの式(3)〜式(8)よシが導かれ
、ITは完全にTに比例することになる。
力の温度計の原理を示す。Q+ *Qt +Q3のトラ
ンジスタのベース・エミッタ接合の面積比を例えば2:
1:1にして第2図の回路を組むと、谷トランジスタの
エミッタ電流II eI2.Ilとペース・エミッタ間
電圧VI3Fi+ *VBPi2+VBE3との関係は
、 となる。−ガ、第2図においてR,=鳥とすればI、=
I、、しかも VBBz = VBEg 一式
(6)であるからIt =Iz=Isとなり出力電流I
TはI T = It 十I2 + Il ”” 3
It ・・・式(7)となる。また第
2図では であるから、これらの式(3)〜式(8)よシが導かれ
、ITは完全にTに比例することになる。
第2図の従来例は出力と絶体温度の直線関係に極めて優
れるが、電流出力型であるだめ低出力インピーダンスの
電圧出力を得難いこと、並びにトランジスタQ3と演算
増幅器とが電源に対して直列に入るため回路全体の電圧
降下が大きく高い電源電圧を必要とするという問題があ
る。
れるが、電流出力型であるだめ低出力インピーダンスの
電圧出力を得難いこと、並びにトランジスタQ3と演算
増幅器とが電源に対して直列に入るため回路全体の電圧
降下が大きく高い電源電圧を必要とするという問題があ
る。
第3 図1d Mis−FETのスレッシホールド電圧
を利用した温度計の原理を示し、第3図(ロ))はnチ
ャンネル・デフレツション形のMOS−FET ヲ使用
した場合、同図(b3はnチャンネル・エンハンスメン
ト形のMOS −FETを使用した場合の例を示す。
を利用した温度計の原理を示し、第3図(ロ))はnチ
ャンネル・デフレツション形のMOS−FET ヲ使用
した場合、同図(b3はnチャンネル・エンハンスメン
ト形のMOS −FETを使用した場合の例を示す。
MOS−FETのスレッシホールド電圧vth (ヒン
チオフ電圧)の温度依存性は φF゛フェルミポテンシャル co=酸化膜を誘電体とする容量 QB:空乏層領域での表面電荷 で与えられ、VtbはTとtlはリニアな関係にある。
チオフ電圧)の温度依存性は φF゛フェルミポテンシャル co=酸化膜を誘電体とする容量 QB:空乏層領域での表面電荷 で与えられ、VtbはTとtlはリニアな関係にある。
そこで第3図(al 、 (b)の回路を組むと、出力
電圧鳩は絶対温度Tに対し躯)で正、(b)では負の温
度係数をもって変化する。
電圧鳩は絶対温度Tに対し躯)で正、(b)では負の温
度係数をもって変化する。
第3図の従来例は簡単ではあるが、MOS−FETのス
レッシホールド電圧vth自体がFET個々によってば
らつき、不安定であるという問題がある。
レッシホールド電圧vth自体がFET個々によってば
らつき、不安定であるという問題がある。
本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、(イ)絶対温度
に極めて良く比例する電圧出力が得られ、 (ロ) 藺単な回路で低出力インピーダンスの電圧出力
が得られ、 ←う 所要電源電圧が低くて済み、且つに) 半導体素
子の特性ばらつきの影響を受は難い温度側を提供するこ
とを目的とする。
に極めて良く比例する電圧出力が得られ、 (ロ) 藺単な回路で低出力インピーダンスの電圧出力
が得られ、 ←う 所要電源電圧が低くて済み、且つに) 半導体素
子の特性ばらつきの影響を受は難い温度側を提供するこ
とを目的とする。
斯かる本発明の目的は、同一構造・同一寸法のPN接合
を有する2個のダイオードに一定比率で異なる大きさの
電流を流し、両ダイオードの電圧降下の差に比例しだ電
圧を得ることにより達成できる。以下、図面により本発
明を説明するー 第4図は本発明の温度計の一実施例を示す。
を有する2個のダイオードに一定比率で異なる大きさの
電流を流し、両ダイオードの電圧降下の差に比例しだ電
圧を得ることにより達成できる。以下、図面により本発
明を説明するー 第4図は本発明の温度計の一実施例を示す。
同図において、Dlとり、は同一構造・同一寸法のPN
接合をもつダイオード、R1とR2は抵抗比かの[有]
電位、CMはコモン電位である。一方のダイオードD1
は抵抗R,を介して順方向に(ト)電位とコモン電位間
に接続され、その電圧降下■1が演算増幅器Qの非反転
入力端子に与えられている。
接合をもつダイオード、R1とR2は抵抗比かの[有]
電位、CMはコモン電位である。一方のダイオードD1
は抵抗R,を介して順方向に(ト)電位とコモン電位間
に接続され、その電圧降下■1が演算増幅器Qの非反転
入力端子に与えられている。
他方のダイオードD2は抵抗島を介して順方向に■電位
と演算増幅器Qの出力端子との同に接続され、そのアノ
ードが反転入力端子に接続されている。
と演算増幅器Qの出力端子との同に接続され、そのアノ
ードが反転入力端子に接続されている。
仲、他方のダイオードD、の電圧降下をV、とすると、
演算増幅器Qの出力電圧v0がこのダイオード込を介し
て反転入力端子に帰還されているため、 V、 = V、 十V。 ・・・
式θ1)となり、また各ダイオードl)、、D、にυI
Lれる電流L 、 I2 h: RH・I、=R,,・
I2 及び鳥−=天 の関係41− よシ ↓L=r ・−・式a2工2 となる。ダイオ・−ドi)、、L)2の電流と電圧との
関係は前式(3)〜(5)と同じであるから、を得る。
演算増幅器Qの出力電圧v0がこのダイオード込を介し
て反転入力端子に帰還されているため、 V、 = V、 十V。 ・・・
式θ1)となり、また各ダイオードl)、、D、にυI
Lれる電流L 、 I2 h: RH・I、=R,,・
I2 及び鳥−=天 の関係41− よシ ↓L=r ・−・式a2工2 となる。ダイオ・−ドi)、、L)2の電流と電圧との
関係は前式(3)〜(5)と同じであるから、を得る。
式(印、弐〇3)1式a4よりVO二V、 −V。
=初明巳×T ・−・式asとなり、出力
′電圧V。は絶苅温度Tに完全に比例する。壕だ、演算
増幅器Qには負帰還がががっているのでその出力インピ
ーダンスは十分低い。
′電圧V。は絶苅温度Tに完全に比例する。壕だ、演算
増幅器Qには負帰還がががっているのでその出力インピ
ーダンスは十分低い。
上記第4図の実施例の具体的数値例を第5図により示す
。第5図に示すV−I特性のダイオードを用い、且つr
=20と定めて第4図の回路を組んだ、第5図のダイオ
ードはn = 1.25であるから理論的をヒは弐θ9
より 1.6 X 10−19 = 0.323 T (mV) ”・弐
〇〇となる。そこで式06)にT−25℃=298K、
T=100℃=373Kを夫々入れると、V、 ’(2
5℃) = 96.3 mVVo(100℃) =
120.5 mVとなり、当然ながら第5図からV、、
V2を読み取って得た値と一致する。
。第5図に示すV−I特性のダイオードを用い、且つr
=20と定めて第4図の回路を組んだ、第5図のダイオ
ードはn = 1.25であるから理論的をヒは弐θ9
より 1.6 X 10−19 = 0.323 T (mV) ”・弐
〇〇となる。そこで式06)にT−25℃=298K、
T=100℃=373Kを夫々入れると、V、 ’(2
5℃) = 96.3 mVVo(100℃) =
120.5 mVとなり、当然ながら第5図からV、、
V2を読み取って得た値と一致する。
ところで、一般に温度センサとして多用されている熱電
対の熱電能はせいぜい鱈07 mV/にであるが、本発
明による場合は弐〇91式(161より判かるようにそ
の4〜5倍の感度を持ち、且つ(夕低温でも感度が低下
しない。
対の熱電能はせいぜい鱈07 mV/にであるが、本発
明による場合は弐〇91式(161より判かるようにそ
の4〜5倍の感度を持ち、且つ(夕低温でも感度が低下
しない。
第6図に本発明の他の実施例を示す。この実■。
流側は各ダイオードD、、D2にI+、Iz=−なる電
流を流す手段及びこれに伴う帰還手段が先の実施例と異
なる。即ちこの実施例では同一構造・同一寸法のr+1
個のダイオードDI、D、−,。
流を流す手段及びこれに伴う帰還手段が先の実施例と異
なる。即ちこの実施例では同一構造・同一寸法のr+1
個のダイオードDI、D、−,。
D2. 、・・・、D、−rを、第6図の如< DIの
みは単独でその他はr個を並列にし更にこれらを直列に
る。また演算増幅器Qの非反転入力端子にはVlを与え
、反転入力端子にはV、 + V、をR1とR4で分割
して与えると共に出力■。をルを介して帰還させている
ことによυ、vlとV、の演算を行っている。ここで、 を満たすようにR3−R3を選定すればとなり、先の実
施例より高感度の温度用が得られる、 なお、同−構造且つ同一寸法のPN接合をもつダイオー
ドということはV−■特性及びその温度特性が互いに等
しいダイオードを意味し、まだ本発明では通常のダイオ
ード素子だけでなく、第7図(ロ))〜(c)に各々示
す如く接合型トランジスタQ4をダイオードとして使用
したものを含メチタイオードと称している。これらのダ
イオードはMOS−FETに比べ、現在の半導体技術で
は特性の揃ったものがイセられるが、特性のばらつきを
統計的に減らすにはり、、D2の名ダイオードを夫々複
数個のダイオードの直列あるいは並列接続で構成すると
良く、特に直列接続の場合は電圧降下が大きくなって感
度が一層高才る。
みは単独でその他はr個を並列にし更にこれらを直列に
る。また演算増幅器Qの非反転入力端子にはVlを与え
、反転入力端子にはV、 + V、をR1とR4で分割
して与えると共に出力■。をルを介して帰還させている
ことによυ、vlとV、の演算を行っている。ここで、 を満たすようにR3−R3を選定すればとなり、先の実
施例より高感度の温度用が得られる、 なお、同−構造且つ同一寸法のPN接合をもつダイオー
ドということはV−■特性及びその温度特性が互いに等
しいダイオードを意味し、まだ本発明では通常のダイオ
ード素子だけでなく、第7図(ロ))〜(c)に各々示
す如く接合型トランジスタQ4をダイオードとして使用
したものを含メチタイオードと称している。これらのダ
イオードはMOS−FETに比べ、現在の半導体技術で
は特性の揃ったものがイセられるが、特性のばらつきを
統計的に減らすにはり、、D2の名ダイオードを夫々複
数個のダイオードの直列あるいは並列接続で構成すると
良く、特に直列接続の場合は電圧降下が大きくなって感
度が一層高才る。
ところで、同一構造・同一寸法のダイオードに異なる大
きさの電流を流す場合は、自己発熱により温度に差異が
生じ得る。そこで各ダイオードにはなるべく小さな電流
を流すと共に、例えば第8図の如く半導体チップ上の小
電流のダイオードD2にその付近に配lit Lだダミ
ーのダイオードD、で熱を与えるとか、チソグ上のAt
の電極を工夫するなどして大電流のダイオードD1の熱
放散を良くするとかして、両ダイオードハ。
きさの電流を流す場合は、自己発熱により温度に差異が
生じ得る。そこで各ダイオードにはなるべく小さな電流
を流すと共に、例えば第8図の如く半導体チップ上の小
電流のダイオードD2にその付近に配lit Lだダミ
ーのダイオードD、で熱を与えるとか、チソグ上のAt
の電極を工夫するなどして大電流のダイオードD1の熱
放散を良くするとかして、両ダイオードハ。
D、の温度差をなくす工夫をすることにょ9測定精度が
高くなる。
高くなる。
以上詳細に説明したように、本発明によれば次のような
効果を奏する。
効果を奏する。
0)絶対温度に極めて良く比例する電圧出力が(47ら
れる。熱電対では極低温領域で感度が殆んどゼロになる
が、本発明の温度計は常温と等しい感度をもつ。
れる。熱電対では極低温領域で感度が殆んどゼロになる
が、本発明の温度計は常温と等しい感度をもつ。
(ロ) 極めて簡単な回路で低出力インピーダンスの電
圧出力が得られる。
圧出力が得られる。
(ハ) PN接合のダイオードが温度センサなので、素
子のばらつきが極めて小さく、温度側の特性が安定であ
る。
子のばらつきが極めて小さく、温度側の特性が安定であ
る。
に) ダイオードは電源に対して演算増幅器と直列にな
る必要がないので、所要電源電圧が低くて泗む。
る必要がないので、所要電源電圧が低くて泗む。
第1図〜第3図は従来の温度計の各側を示す回路図、第
4図は本発明の一実施例を示す回路図、第5図1はダイ
オードのV−I特性図、第6図は他の実施例を示す回路
図、第7図(a)〜(c)はトランジスタをダイオード
として使用する例を示す説明図、第8図は自己発熱の差
異を補償する工夫の一例を示す説明図である。 図面中 り、とD2 (D2−1、−D2−r)はダイオード、
Qは演算増幅器、 Vlと■2はダイオードの電圧降下、 Voは出力電圧、 鳥、■ζ及び鳥は演算用の抵抗である。 特許出願人 株式会社 北辰電機製作所 代理人 弁理士 光 石 士 部(他1名) 第1図 S Vs 第2図 ?
4図は本発明の一実施例を示す回路図、第5図1はダイ
オードのV−I特性図、第6図は他の実施例を示す回路
図、第7図(a)〜(c)はトランジスタをダイオード
として使用する例を示す説明図、第8図は自己発熱の差
異を補償する工夫の一例を示す説明図である。 図面中 り、とD2 (D2−1、−D2−r)はダイオード、
Qは演算増幅器、 Vlと■2はダイオードの電圧降下、 Voは出力電圧、 鳥、■ζ及び鳥は演算用の抵抗である。 特許出願人 株式会社 北辰電機製作所 代理人 弁理士 光 石 士 部(他1名) 第1図 S Vs 第2図 ?
Claims (1)
- 同−構造且つ同一寸法のPN接合を有する測温用の2個
のダイオードと、両ダイオードに一定比率で異なる大き
さの電流を流して夫々に電圧降下を生ぜしめる手段と、
両ダイオードの電圧降下を入力し両軍圧降下の差に比例
した低出力インピーダンスの電圧を測温値として出力す
る手段とからなる温度計。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12966882A JPS5919825A (ja) | 1982-07-27 | 1982-07-27 | 温度計 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12966882A JPS5919825A (ja) | 1982-07-27 | 1982-07-27 | 温度計 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5919825A true JPS5919825A (ja) | 1984-02-01 |
Family
ID=15015193
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12966882A Pending JPS5919825A (ja) | 1982-07-27 | 1982-07-27 | 温度計 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5919825A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5230564A (en) * | 1992-03-20 | 1993-07-27 | Cray Research, Inc. | Temperature monitoring system for air-cooled electric components |
US5419637A (en) * | 1993-11-03 | 1995-05-30 | Santa Barbara Research Center | Method and apparatus for measuring temperature using an inherently calibrated p-n junction-type temperature sensor |
US5639163A (en) * | 1994-11-14 | 1997-06-17 | International Business Machines Corporation | On-chip temperature sensing system |
US6116595A (en) * | 1998-04-13 | 2000-09-12 | Quad/Graphics, Inc. | Sheet diverter wedge including air discharge ports |
CN110996467A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-10 | 深圳市英可瑞直流技术有限公司 | 一种照明调光控制方法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS52153787A (en) * | 1976-06-16 | 1977-12-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Generating circuit of temperature perceiving signal |
-
1982
- 1982-07-27 JP JP12966882A patent/JPS5919825A/ja active Pending
Patent Citations (1)
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JPS52153787A (en) * | 1976-06-16 | 1977-12-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Generating circuit of temperature perceiving signal |
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CN110996467B (zh) * | 2019-12-31 | 2022-01-04 | 深圳市英可瑞直流技术有限公司 | 一种照明调光控制方法 |
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