PN结集成温度传感器是利用晶体管在不同的温度下有不同的电流密度差来工作的。它的输出形式可分为电压型和电流型两种,其中电压型的灵敏度一般为10mV/℃,电流型的灵敏度为1μA/℃。它还具有绝对零度时输出电量为零的特性,利用这一特性,可以很容易地测量绝对温度值。μPC616是电压输出型PN结集成温度传感器。
μPC616的结构与工作原理
PN结集成温度传感器具有良好的输出线性,输出阻抗低,易与控制电路接口,可用于温度的测量和控制,也可用于热电偶的冷端温度补偿和空气流速检测等方面。μPC系列的传感器是NEC公司的产品,μPC616是典型产品之一,其原理、内部结构见图1、图2。
μPC616A的测量范围是-40～+125℃,而μPC616C测量范围是-25～+85℃。μPC616A是利用一对非常匹配的晶体管,使它们工作在不同的电流密度下,利用晶体管VBE之差ΔVBE与温度(T)的线性关系来测温。在图1中,发射极和基极电压之差ΔVBE可表示为：
式中：K为波尔兹曼常数,I1、I2为晶体管G1和G2的集电极电流,q为电子电荷,r为G1和G2发射极面积比,是一个常数。
由上式可知,如果I1／I2在较宽的温度范围内不变,则ΔVBE与绝对温度T成线性关系。图3是μPC616A的PN结温度(℃)与其输出电压(V)之间的关系曲线,可以看出,它们之间呈现非常好的线性关系。
从图2中可以看出,μPC616电路可分为温度传感器部分、稳压部分和运算放大器部分。温度传感器部分具有10mV/K的温度系数,其输出电压的绝对值在T=25℃时为2.982V(对应于298.2K),因此μPC616可以很方便地把它的输出值转换成绝对温度值。稳压部分中具有温度补偿电路,因而使输出电压十分稳定,整个电路性能具有稳定、可靠和重复性好的优点,这部分电路等效成一个击穿电压为6.85V的齐纳二极管。运算放大器在电路中具有两个功能,其一是当μPC616用于测温时,运算放大器的反相输入端与输出端连接而成为电压跟随器,输出信号与所测绝对温度(K)相对应,输出电压与温度的对应值为100K／V;第二个功能是反相输入端单独使用,作为温度控制时设定值的输入端。
集成温度传感器μPC616的应用
μPC616的应用电路十分简单,图4所示是用于测温的两种基本电路,电路中的1脚、2脚相连,第3脚与1,2脚之间具有10mV/K的温度系数,而且输出电压V0=(10mV／K)×T,T为绝对温度。从图2可知,第3、4脚之间有一个相当于6.85V的稳压管。为使稳压管能正常工作,外加电源应大于6.85V并需串入一个电阻,这个电阻值的大小根据μPC616工作电流(约1mA)和外加电压来确定,例如外加电压为15V,则： 
μPC616温度传感器除可用于测量温度外,还可用于温度控制。如图5所示,传感器的2脚作温度设定值的输入端,通过调节电位器Rw,使它的电阻值定在与某一温度相对应的电压值上。当外界温度超过或低于此温度时,1脚会输出高电平或低电平,完成对温度的判断,进而实现对温度的控制或进行报警。 
结束语
PN结集成温度传感器μPC616与其他集成温度传感器一样,主要用于环境空间温度的检测、控制,以及家用电器中温度检测、控制和补偿。
参考文献
［1］尹雪飞,陈克安.集成电路速查大全［M］.西安：西安电子科大出版社,2000
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