基于AD590的课程设计

集成温度传感器的特性目录目录 ....................................................................................................................................... - 1 -摘要：.................................................................................................................................... - 1 -关键词：................................................................................................................................ - 1 -1 引言.................................................................................................................................... - 1 -2 温度传感器特性及检测研究实验.................................................................................... - 1 -2.1 设计目的......................................................................................................................... - 1 -2.2 设计所需的芯片原理..................................................................................................... - 1 -2.2.1 AD590的内部原理： .......................................................................................... - 1 -2.2.2 AD590的工作原理 .............................................................................................. - 4 -2.3 设计所需的仪器............................................................................................................. - 5 -2.4 设计步骤......................................................................................................................... - 5 -2.5 实验数据......................................................................................................................... - 5 -2.6 绘图分析......................................................................................................................... - 6 -2.7 数据分析及结论............................................................................................................. - 6 -3 集成温度传感器的应用的探讨........................................................................................ - 7 -4 集成温度传感器两种输出型比较.................................................................................... - 7 -5 设计心得与体会................................................................................................................ - 7 -参考文献................................................................................................................................ - 8 -致谢 ....................................................................................................................................... - 8 -集成温度传感器的特性摘要：了解常用的集成温度传感器AD590的基本原理，然后，设计电路检测流过AD590的电流I与温度的T的线性关系，画出其拟合曲线，分析非线性误差。

最后，讨论电流输出型和电压输出型集成温度传感器的优缺点。

关键词：集成温度传感器线性关系拟合曲线非线性误差1 引言集成温度传器将温敏晶体管与相应的辅助电路集成在同一芯片上，它能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出，一般用于－50℃－＋150℃之间测量，温敏晶体管是利用管子的集电极电流恒定时，晶体管的基极—发射极电压与温度成线性关系。

为克服温敏晶体管Ub电压生产时的离散性、均采用了特殊的差分电路。

集成温度传感器有电压型和电流型二种，电流输出型集成温度传感器，在一定温度下，它相当于一个恒流源。

因此它具有不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰。

具有很好的线性特性。

本实验采用的是国产的AD590。

它只需要一种电源（＋4V－＋30V）。

即可实现温度到电流的线性变换，然后在终端使用一只取样电阻（本实验中为R2）即可实现电流到电压的转换。

它使用方便且电流型比电压型的测量精度更高。

2 温度传感器特性及检测研究实验2.1 设计目的1.了解常用的集成温度传感器AD590的内部原理及基本的工作原理。

2.设计电路检测AD590输出的电压U与温度的T的线性关系。

3.讨论电流输出型和电压输出型集成温度传感器的优缺点。

2.2 设计所需的芯片原理2.2.1 AD590的内部原理：AD590 的内部简化电路如图所示。

该传感器由多个晶体管和电阻组成,其中晶体管制作在一个半导体单面基片上,因此它们的特性、损耗和发射极面积能够相互匹配。

整体分析,该电路可看作由两个镜象电流源构成。

其中,晶体管Q1和Q2组成上镜象电流源, Q3 和Q4 组成下镜象电流源。

如果设上镜象电路的输出是Q3 的输入,则Q4 的输入是上镜象- 1 -- 2 -电路的输出。

3be V 4be V 3e I R 4e I 3c I 4c I 3Q 4Q 0I 2Q 1Q +-图1 AD590简化原理图 设各晶体管为理想晶体管(即它们的电流放大系数β趋于无穷大),则知430C C I I I += （1）由于镜像电流源3Q 和4Q 的作用，43c c I I =，343c e e I I I ==。

因此 33022e c I I I == （2） PN 结理想伏安特性表达式为()()11-=-=K T qV S V V S e I e I I T （3） 对晶体管而言，上式中的S I 即为发射极电流；e I 为集电极-发射极反向饱和电流；V 为基极与发射极之间的电压be V ；T V 为温度的电压当量(即q TK )，q 为电子电荷，K 为波尔兹曼常数, T 为热力学温度。

当温度在C C ︒︒-155~55之间时，近似在V V 05.0~04.0之间。

硅管约为V 7.0，因此1≥T be V V e 。

则（3）可改写为T be V V S e e I I ≈，即- 3 -()S e T beI I V V ln ≈ （4） 所以，()333ln S e T be I I V V ≈，()444ln S e T be I I V V ≈ ，有图知2334R I V V e be be += （5） 所以 232R I V e R = 34be be V V -= ()[]3344lns e s e T I I I I V = ()43ln s s T I I V = （6） 由于Is 正比于各晶体管的发射极的面积S ，所以（6）可改写为 ()43ln S S V V T R = （7） 3S ,4S 分别为晶体管3Q ,4Q 的发射极面积。

若43NS S =，则()N V V T R ln 2=，因此 302e I I = ()()N R V T ln 22=()()N q R T ln 22K = （8）所以()()N q R T I ln 220K = （9） 由上式知，当电阻R 2的阻值给定时，I 0/T 为一恒定值。

适当选取值R 2，可使I 0/T 等于 （K 为热力学温度单位）。

1.0000/A μK- 4 -由上面的分析知，AD590的输出电流I 0与它所处的热力学温度T 成线性关系，因此实现了温度到电流强度的线性变换。

保持电源电压稳定,分别使AD590 处于一系列不同的温度点Ti ,通过测量V 得出相应的输出电流Ii 。

对所得的数据点用最小二乘法进行拟合,可得经验公式βα+T =U (10)2.2.2 AD590的工作原理如图为AD590 的外形电路，在制造时按K 氏度标定，即在0°C 时,AD590的电流为273uA ，温度每增加1K 氏度，电流随之增加1uA 。