集成溫度傳感器μPC616及其應用

集成溫度傳感器μPC616及其應用

摘　要：介紹集成溫度傳感器μPC616的工作特性及工作原理，給出了利用μPC616設計的典型應用電路。

關(guān)鍵詞：溫度傳感器；μPC616；線(xiàn)性變化

　　PN結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，可以很容易地測量絕對溫度值。μPC616是電壓輸出型PN結集成溫度傳感器。

1μPC616的結構與工作原理

　　PN結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，可用于溫度的測量和控制，也可用于熱電偶的冷端溫度補償和空氣流速檢測等方面。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、內部結構見(jiàn)圖1、圖2。

　　μPC616A的測量范圍是-40～+125℃，而μPC616C測量范圍是-25～+85℃。μPC616A是利用一對非常匹配的晶體管，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，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。

　　由上式可知，如果I1／I2在較寬的溫度范圍內不變，則ΔVBE與絕對溫度T成線(xiàn)性關(guān)系。圖3是μPC616A的PN結溫度(℃)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、穩壓部分和運算放大器部分。溫度傳感器部分具有10mV/K的溫度系數，其輸出電壓的絕對值在T=25℃時(shí)為2.982V(對應于298.2K)，因此μPC616可以很方便地把它的輸出值轉換成絕對溫度值。穩壓部分中具有溫度補償電路，因而使輸出電壓十分穩定，整個(gè)電路性能具有穩定、可靠和重復性好的優(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。運算放大器在電路中具有兩個(gè)功能，其一是當μPC616用于測溫時(shí)，運算放大器的反相輸入端與輸出端連接而成為電壓跟隨器，輸出信號與所測絕對溫度(K)相對應，輸出電壓與溫度的對應值為100K／V；第二個(gè)功能是反相輸入端單獨使用，作為溫度控制時(shí)設定值的輸入端。

2集成溫度傳感器μPC616的應用

　　μPC616的應用電路十分簡(jiǎn)單，圖4所示是用于測溫的兩種基本電路，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，而且輸出電壓V0=(10mV／K)