晶體管與集成溫傳感器

晶體管與集成溫傳感器第1頁(yè)/共26頁(yè)2023/4/132第三節(jié)晶體管與集成溫度傳感器

通常，靈敏度為負(fù)。低溫時(shí)，砷化鎵PN結(jié)比硅管更好；而硅的線性度較好。1.熱敏二極管NPN集電極電流恒定時(shí)，Vbe隨環(huán)境溫度變化。2.熱敏三極管第2頁(yè)/共26頁(yè)2023/4/133三集成溫度傳感器

集成溫度傳感器（溫度IC）將溫度敏感元件和放大、運(yùn)算和補(bǔ)償?shù)入娐凡捎梦㈦娮蛹夹g(shù)和集成工藝集成在一片芯片上，從而構(gòu)成集測(cè)量、放大、電源供電回路于一體的高性能的測(cè)溫傳感器。

第3頁(yè)/共26頁(yè)2023/4/134集成溫度傳感器的類型

集成溫度傳感器可分為：模擬型集成溫度傳感器和數(shù)字型集成溫度傳感器。模擬型的輸出信號(hào)形式有電壓型和電流型兩種。電壓型的靈敏度多為10mV/℃（以攝氏溫度0℃作為電壓的零點(diǎn)），電流型的靈敏度多為1μA/K（以絕對(duì)溫度0K作為電流的零點(diǎn)）；數(shù)字型又可以分為開(kāi)關(guān)輸出型、并行輸出型、串行輸出型等幾種不同的形式。第4頁(yè)/共26頁(yè)2023/4/135（一）模擬型集成溫度傳感器1.模擬型集成溫度傳感器

電流輸出型溫度傳感器能產(chǎn)生一個(gè)與絕對(duì)溫度成正比的電流作為輸出，AD590、AD592是電流輸出型溫度傳感器的典型產(chǎn)品。

第5頁(yè)/共26頁(yè)2023/4/136AD590封裝示意圖空腳（接地）型號(hào)從I到M，其中M精度最高AD590第6頁(yè)/共26頁(yè)2023/4/137AD590的基本轉(zhuǎn)換電路電流-電壓轉(zhuǎn)換電路（10mV/K）

增加負(fù)載電阻的阻值可提高輸出電壓。第7頁(yè)/共26頁(yè)2023/4/138AD590的基本轉(zhuǎn)換電路輸出電壓Uo與熱力學(xué)溫度成正比（1mV/K）

輸出電壓Uo與攝氏溫度成正比（100mV/℃）

第8頁(yè)/共26頁(yè)2023/4/139設(shè)1#和2#AD590處的溫度分別為

（℃）和

則輸出電壓為(t1-t2)100mv/℃。圖中電位器R1用于調(diào)零。電位器R4用于調(diào)整運(yùn)放LF355的增益。設(shè)1#和2#AD590處的溫度分別為t1,t2，分析電路功能？第9頁(yè)/共26頁(yè)2023/4/1310模擬型集成溫度傳感器AD592C在0～70℃間非線性誤差≤±0.05℃、重復(fù)性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性≤±0.1℃第三節(jié)晶體管與集成溫度傳感器AD592第10頁(yè)/共26頁(yè)2023/4/1311電壓輸出型集成溫度傳感器——

LM35/45LM35/45的外形及引腳圖

第11頁(yè)/共26頁(yè)2023/4/1312電壓輸出型集成溫度傳感器

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LM35/45LM35/45構(gòu)成的攝氏溫度測(cè)量電路LM35/45組裝成的測(cè)溫傳感器第12頁(yè)/共26頁(yè)2023/4/1313圖3-32LM35與ICL7107構(gòu)成的數(shù)字溫度計(jì)7107第13頁(yè)/共26頁(yè)2023/4/1314第14頁(yè)/共26頁(yè)2023/4/1315在電腦中，集成溫度傳感器用于CPU散熱保護(hù)電路散熱風(fēng)扇集成溫度ICCPU插座CPU散熱片第15頁(yè)/共26頁(yè)2023/4/1316MAX6502用于控制散熱風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速當(dāng)CPU進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算時(shí)，風(fēng)扇處于全速運(yùn)行。場(chǎng)效應(yīng)管功率驅(qū)動(dòng)

第16頁(yè)/共26頁(yè)2023/4/1317 DS18B20是美國(guó)DALLAS公司近推出的熱電式半導(dǎo)體數(shù)字集成溫度傳感器。它也是利用半導(dǎo)體P-N結(jié)在其正常工作溫度范圍內(nèi)結(jié)電壓隨溫度上升而下降的原理而精心設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的。DS18B20有多種封裝形式。一線制數(shù)字溫度傳感器DS18B20及其應(yīng)用第17頁(yè)/共26頁(yè)2023/4/1318一線制數(shù)字溫度傳感器DS18B20及其應(yīng)用

1.DS18B20的封裝與外部引腳

DS1820的幾種封裝管腳圖

(a)DS18B20P；(b)DS18B20B（c）DS18B20TO92管腳說(shuō)明：GND—地；DQ—數(shù)據(jù)輸入／輸出；VDD—電源電壓；NC—空腳

第18頁(yè)/共26頁(yè)2023/4/13192.DS18B20內(nèi)部功能電路模塊

其內(nèi)部功能電路模塊如圖所示:

DS18B20功能塊圖第19頁(yè)/共26頁(yè)2023/4/13203.DS18B20的主要功能和特點(diǎn)

DS18B20對(duì)外有效引腳僅3條，即電源、地和信號(hào)線。其主要功能和特點(diǎn)如下：（1）采用獨(dú)特的“一線制”通信方式，信號(hào)符合TTL電平邏輯，無(wú)須任何外圍器件，可直接和各種單片機(jī)或微處理器的I/O引腳相連，為簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了極大的方便；（2）溫度測(cè)量范圍為-55oC～125oC；（3）可編程的溫度轉(zhuǎn)換分辨率，可根據(jù)應(yīng)用需要在9Bit～12Bit之間選取；（4）在12bit溫度轉(zhuǎn)換分辨率下，溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間最大為750ms；（5）用戶可編程自設(shè)置報(bào)警溫度存入片內(nèi)非易失性存儲(chǔ)器中，實(shí)現(xiàn)溫度上、下限自動(dòng)比對(duì)報(bào)警功能；（6）電源供電范圍3.3V～5V，DS18B20的讀、寫(xiě)操作以及溫度轉(zhuǎn)換期間所需的電能可通過(guò)數(shù)據(jù)線提供，也可由外部電源提供；（7）DS18B20采用節(jié)能設(shè)計(jì)，在等待狀態(tài)下功耗近似為零。第20頁(yè)/共26頁(yè)2023/4/13214.DS18B20的應(yīng)用（1）硬件接口方法 目前DS18B20在國(guó)內(nèi)的零售價(jià)大約為10元人民幣，用于

-50～150℃范圍內(nèi)測(cè)溫，采用特殊的一線制數(shù)字串行通信方式，故用于智能化儀器對(duì)環(huán)境溫度的監(jiān)測(cè)非常方便，因不需要配置A/D轉(zhuǎn)換器，所以采用DS18B20測(cè)溫方案成本低廉。下圖為DS18B20與MCU的兩種接口電路。其中a)為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)應(yīng)用電路，DS18B20電源端接地；b)為點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)應(yīng)用電路，DS18B20電源端接外供電源（3～5.5V）。

a)應(yīng)用電路塊1b)應(yīng)用電路塊2

DS18B20典型應(yīng)用電路第21頁(yè)/共26頁(yè)2023/4/1322（2）DS18B20的“一線制”串行通信協(xié)議

DS18B20的“一線制”串行通信協(xié)議中所有的命令和數(shù)據(jù)都必須通過(guò)一根信號(hào)線進(jìn)行傳輸,因此，對(duì)數(shù)據(jù)讀、寫(xiě)時(shí)序有非常嚴(yán)格的要求。DS18B20主要讀、寫(xiě)時(shí)序包括：初始化時(shí)序、讀操作時(shí)序、寫(xiě)操作時(shí)序。第22頁(yè)/共26頁(yè)2023/4/1323（2）DS18B20的“一線制”串行通信協(xié)議

DS18B20的“一線制”串行通信協(xié)議中所有的命令和數(shù)據(jù)都必須通過(guò)一根信號(hào)線進(jìn)行傳輸,因此，對(duì)數(shù)據(jù)讀、寫(xiě)時(shí)序有非常嚴(yán)格的要求。DS18B20主要讀、寫(xiě)時(shí)序包括：初始化時(shí)序、讀操作時(shí)序、寫(xiě)操作時(shí)序。

DS18B20始終作為從設(shè)備，通過(guò)其信號(hào)線隨時(shí)等待和接受MCU傳入的信號(hào)。MCU每次讀寫(xiě)均先完成初始化時(shí)序（包括復(fù)位和啟動(dòng)脈沖）。首先在t0時(shí)刻，MCU在信號(hào)線上發(fā)出一個(gè)低電平復(fù)位脈沖“ResetPlus”（脈沖寬度必須大于480微秒并小于960微秒），接著在t1時(shí)刻CPU釋放總線（在信號(hào)線上輸出高電平）并進(jìn)入等待接收狀態(tài)，DS18B20在檢測(cè)到信號(hào)線上的上升沿后，等待15~60微秒，接著在t2時(shí)刻發(fā)出一個(gè)低電平啟動(dòng)脈沖“PresencePlus”（脈沖寬度必須大于60微秒并小于240微秒），在t3時(shí)刻上拉電阻將總線電平拉高，完成總線初始化操作。

DS18B20的讀操作包括：讀“0”和讀“1”。首先，由CPU將總線由高電平拉至低電平，并至少保持1微秒的寬度，在此后的15微秒內(nèi)CPU對(duì)總線進(jìn)行采樣，若為低電平，則讀入的位為“0”；若為高電平，則讀入的位為“1”。讀入連續(xù)兩位數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔應(yīng)大于1微秒。第23頁(yè)/共26頁(yè)2023/4/1324 DS18B20的寫(xiě)操作包括：寫(xiě)“0”和寫(xiě)“1”。首先，CPU將總線由高電平拉至低電平，并在此后的15個(gè)微秒內(nèi)將所需要寫(xiě)的位送至總線上。DS18B20在CPU將總線由高電平拉至低電平時(shí)刻后的15~60微秒內(nèi)對(duì)總線進(jìn)行采樣，若為低電平，則寫(xiě)入的位為“0”；若為高電平，則寫(xiě)入的位為“1”。連續(xù)寫(xiě)入兩位數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔應(yīng)大于1微秒。

DS18B20輸出或輸入（設(shè)定報(bào)警）溫度用兩個(gè)串行8位字節(jié)表示：

MSB LSB MSBLSB232221202-12-22-32-4sssss262524第24頁(yè)/共26頁(yè)2023/4/1325DS18B20若干溫度與其串行數(shù)字對(duì)照表溫度（℃）數(shù)字輸出二進(jìn)制數(shù)字輸出十六進(jìn)制溫度（℃）數(shù)字輸出二進(jìn)制數(shù)字輸出十六進(jìn)制125000001111101000007D0h0000000000000000000008500000101010100000550h-0.51111111111111