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基于晶体管∆VBE的振荡器测量绝对温度

来源: edn
2022-12-29
类别:工业控制
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文章创建人 拍明

原标题:基于晶体管∆VBE的振荡器测量绝对温度

  2011年6月12日,当大师詹姆斯·M·威廉姆斯去世时,模拟EE世界失去了一颗星。Jim 的数百篇文章、书籍和应用笔记是(并将继续成为)信息、灵感的无底源泉,以及看到大师轻松解决棘手的设计难题的喜悦,所有这些都以一种令人愉快的写作风格包裹着。这里提出的设计理念来源于他在AN45第7页上发表的一个电路 测量和控制电路集合(夜班尿布和设计)).

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  在他的笔记中,Jim讨论了使用晶体管的吸引力 V是 Tempco作为一种廉价的温度传感器,但在实践中,它的实用性如何受到不可预测的晶体管到晶体管的限制 V是 变异性。他解释了这个问题如何需要初始传感器晶体管校准(如果传感器需要更换,则需要重新校准),这在很大程度上抵消了任何预期的便利性和成本节约。

  然后,吉姆用一个巧妙的解决方案挽救了这一天。

  事实证明,吉姆说,虽然 不断-电流 V是 的随机晶体管是不可预测的,BJT V是 改变 跟 变量-电流是 非常 可预言的。具体来说,它可靠地遵守这个简单的对数方程......

  ∆V是 = 片数 198μV 对数10(一1/我2)

  其中选项卡 = 绝对温度 o开尔文。因此,当用作温度计时...

  选项卡 = ∆V是 5050 / 日志10(一1/我2) = 5050 ∆V是 如果我1/我2 = 10

  请注意很酷(并且容易记住)的“五五十”常数!

  吉姆将此关系应用于 图1 据说将 10:1 偏置电流周期的拓扑 1 在Q2的二极管连接的NPN晶体管上,同步整流得到的198μVpp / oK AC 波形,然后放大并偏移产生的 DC,以产生 0 至 10V = 0 至 100oC,无需传感器晶体管特定校准,输出。

  


  图1 吉姆·威廉姆斯的∆V是-基于温度计。

  我已经在许多成功的温度应用中使用了“五五”,并在 图2的 OK 度到微秒振荡器。

  


  图2 作为绝对温度计的振荡器。

  这 ∆V是 此处由R3/R4电阻对(加上R1 + R2积分器网络的少量贡献)设置为16:1。这会产生与温度成比例的温度比例 ∆V是 A2引脚7上的周期性步进: .LOG10 (16)/5050 = 238μV/OK 每当A1比较器切换Q2 FET时。我选择了更大的16比10:1电流比,以便为运算放大器提供更容易处理的信号,并降低一些次级潜在误差源的重要性。C2提供正反馈,以确保比较器转换快速干净。

  然后,A2 积分器从 ∆V是 向 A1 的 500mV 设定值后退一步,如 图3,生成对称的半周期持续时间超时 T = 10μs/OK = 300 时为 3msOK = 27OC.

  


  图3 温度计振荡器波形。

  虽然如Willams应用中所述,Q1传感器晶体管本身不需要校准。微调器R1作为单点补偿提供,主要用于积分器电容C1和Vdd容差。调整R1后,即使更换了Q1,也无需重新审视。

  温度计振荡器的0/5V输出可通过标准微控制器定时器硬件方便地转换为数字温度读数。时钟速率为1MHz时,一个振荡半周期内的转换分辨率 T 为 0.1O.

  一个错别字显然以某种方式滑入了吉姆的原理图。据说设置10:1电流比的电阻对,因此应该在9:1的电阻比中,实际上是549k/49.9k = 11:1,将设置12:1的电流,因此比例因子为214uV/oK;不是规定的 198uV。我不知道是否有修订版可以纠正这个轻微的 8% 打嗝,但这是我冒昧做的一个简单的修复。此外,Q1 是不必要的。


责任编辑:David

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