半导体传感器应用电路设计

东北石油大学

课程设计

2012年6 月25

任务书

课程传感器课程设计

题目半导体传感器应用电路设计

专业测控技术与仪器姓名学号

主要内容：

利用温度传感器和热电偶设计制作一个温度测量系统。参考利用半导体温度传感器AD590和单片机技术设计制作一个显示室温的数字温度计的设计提示与分析。进一步了解有关温度传感器的工作原理，制定设计方案，确定温度传感器的型号等参数，掌握温度的检测方法。

基本要求：

1、详细了解所选用的温度传感器的工作原理，工作特性等

2、设计合理的信号调理电路，并列出制作该装置的元器件。

主要参考资料：

[1]刘爱华，满宝元.传感器原理与应用技术[M].北京：人民邮电出版社，2006.45-48.

[2]王雪文，张志勇.传感器原理及应用[M].北京：航空大学出版社，2004.27-34.

[3]张福学.现代实用传感器电路[M].北京：中国计量出版社，1997.16-24.

[4]缪家鼎，徐文娟，牟同升.光电技术[M].杭州：浙江大学出版社，1987.22-27.

完成期限2012.6.25—2012.6.29

指导教师

专业负责人

2012年6 月25 日

摘要

传感器属于信息技术的前沿尖端产品,尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域,数量高居各种传感器之首。半导体传感器是利用某些半导体的电阻随温度变化而变化的特性制成的。半导体具有很宽的温度反应特性,各种半导体的温度反应区段不同。利用半导体温度传感器AD590 设计制作一个温度测量系统,AD590是一种集成温度传感器，其实质是一种半导体集成电路。集成温度传感器的线性度好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便，得到广泛应用。集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。

关键词：关键词传感器；半导体；温度传感器；AD590

目录

一、设计要求 (1)

二、方案设计 (1)

1、方案说明 (1)

2、方案论证 (2)

三、传感器工作原理 (2)

四、电路的工作原理 (2)

五、单元电路设计、参数计算和器件选择 (3)

1、单元电路设计 (4)

2、参数计算 (6)

3、器件选择 (6)

六、总结 (7)

半导体传感器应用电路设计

一 、设计要求

参考下面的利用半导体温度传感器AD590和单片机技术设计制作一个显示室

温的数字温度计的设计提示与分析。用单片机和AD 芯片进行信号的采集等相关处

理，要有Protel 画的硬件接线原理图﹑利用c 语言在单片机开发软件中编写相关

程序，并对单片机的程序制作详细解释。

二、方案设计 1、方案说明

1、方案一

利用热敏电阻测量温度，热敏电阻的电阻值随温度变化而改变，通过测量其

阻值推算出被测物体的温度，利用此原理构成的传感器就是电阻温度传感器，这

种传感器主要用于-200—500℃温度范围内的温度测量。纯金属是热电阻的主要制

造材料，热电阻的材料应具有以下特性：电阻温度系数要大而且稳定，电阻值与温度之间应具有良好的线性关系；电阻率高，热容量小，反应速度快；材料的复

现性和工艺性好，价格低；在测温范围内化学物理特性稳定。

2、方案二

AD590是一种集成温度传感器，其实质是一种半导体集成电路。它利用晶体

管的b-e 结压降的不饱和值V RE 与热力学温度T 和通过发射极电流I 的下述关系实

现对温度的检测。

（1） 式中：k--是波耳兹曼常数；

q--是电子电荷绝对值。

集成温度传感器的线性度好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便，得

到广泛应用。集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。电压输

出型的灵敏度一般为10mV/K ，温度0K 时输出0，温度25℃时输出2.9815V 。电流

I q kT V RE ln

输出型的灵敏度一般为1µA/K，25℃时输出298.15µA。选择方案二。

2、方案论证

AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端温度传感器。流过器件电流的微安数等于器件所处环境温度的热力学温度度数。它主要特性如下：

(1)AD590的测量范围为-55~+150℃。

变化1µA，相(2)AD590的电源电压范围为4~30V。电源电压从4~6V变化，电流I

T

当温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V的反向电压。因而器件反接也不会损坏。

(3)输出电阻为710MΩ。

(4)AD590在出厂前已经校准，精度高。AD590共有I、J、K、L、M五挡。其中M 档精度最高，在-55~+150℃范围内，非线性误差为±0.3℃。I档误差较大，误差为±10℃，应用时应校正。

由于AD590的精度高、价格低、不需辅助电源、线性度好，因此常用于测量和热电偶的冷端补偿。

三、传感器工作原理

工业生产中最常见的一种传感器就是温度传感器了。温度传感器将

物体的温度转化为电信号输出。不同的温度传感器制作方法不同，常见

的有热敏电阻、热电偶和集成型产品。温度传感器的特点为，结构简单，

测量范围宽，稳定性好、精度高等优点。其发展大体经历了从分体式、

模拟集成到智能型阶段。现在的温度传感器不仅温度信号输出，还可以

集成湿度测量，信号输出也由原来的单一信号变成多样化的输出形式，

可以进行远距离通信，数据可以根据需要进行记录、上限报警和自控控

制等多种功能。

温度传感器是通过测量物体的某些参数随着温度的变化而间接测量

温度的。一个好的温度传感器要有应具备很多条件，比如温度范围宽、

精度高、响应快、可靠性好、价格低等。温度传感器有接触型和非接触

型两类，接触型温度传感器价格低、响应速度慢、结构简单等特点，非

接触型温度传感器响应速度快，还可以应该用测量高温、有腐蚀性的场

合。

四、电路的工作原理