СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №3/2014

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 21 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2014 I 2 PTAT Q4 Q3 Q5 I const I PTAT Q1 Q2 R B R A Q1 Q2 E E 10E 10E Параметры распространённых ИС датчиков температуры Наимено- вание датчика Тип выходного сигнала (его величина) Температурный диапазон, °C Температурное изменение выходного сигнала Температурная погрешность, % Напряжение питания, В LM134 Ток (регулируемый от 100 мкА до 1 мА при 25°C) –55…+125 0,336 %/K +3 0,9…40 LM35 Напряжение (0 при 0°C) –55…+150 10 мВ/°C +1 4…30 LM50 Напряжение (0,5 В при 0°C) –40…+125 10 мВ/°C +4 4,5…10 LM60 Напряжение (0,424 В при 0°C) –40…+125 6,25 мВ/°C +4 2,7…10 LM135 Напряжение (2,982 В при 25°C) –55…+150 10 мВ/K +2,7 2,98 В +5 мА × R1 MCP9700 Напряжение (0,5 В при 0°C) –40…+125 10 мВ/°C +2 2,3…5,5 MCP9701 Напряжение (0,4 В при 0°C) –40…+125 19,5 мВ/°C +2 3,1…5,5 TC1046 Напряжение (0,424 В при 0°C) –40…+125 6,25 мВ/°C +2 2,7…4,4 TMP17 Ток (298,2 мкА при 25°C) –40…+105 1 мкА/K +3,5 4…30 TMP35 Напряжение (0,25 В при 25°C) –10…+125 10 мВ/°C +2 2,7…5,5 TMP36 Напряжение (0,75 В при 25°C) –40…+125 10 мВ/°C +2 TMP37 Напряжение (0,5 В при 25°C) +5…+100 20 мВ/°C +2 ADT45 Напряжение (0,25 В при 25°C) –40…+125 10 мВ/°C +2 2,7…12 ADT50 Напряжение (0,75 В при 25°C) –40…+125 10 мВ/°C +2 но малы, их величина обычно удваи- вается при увеличении температуры на 10 ° C, что может привести к допол- нительной температурной нелиней- ности V BE . Для выравнивания обрат- ных токов транзисторы Q1 и Q2 целе- сообразно формировать из матрицы транзисторов, часть из которых сое- динена со схемой (см. рис. 17) [15], а топология транзисторов должна обеспечивать максимальную иден- тичность их параметров [14]. Допол- нительным фактором, повышающим точность температурных датчиков, является использование тонкоплёноч- ных резисторов с малым ТКС и отсут- ствием зависимости сопротивления от напряжения. Основные параметры распростра- нённых датчиков температуры при- ведены в таблице. В ЫВОДЫ Для регистрации температуры в биполярных полупроводниковых датчиках чаще всего применяют темпе- ратурную зависимость падения напря- жения на прямосмещённом эмит- терном переходе (соотношение (5)) и формирование напряжения, пря- мо пропорционального абсолютной температуре (PTAT-напряжения) по соотношению (15). PTAT-напряжение в КМОП-датчиках получают как раз- ность падения напряжения на двух p-n -переходах разной площади, через которые протекает одинаковый ток; коммутацией разных токов через один p-n -переход, как показано на рисунке 8, или с помощью КМОП-транзисторов, работающих в области слабой инвер- сии, в которой зависимость тока стока от напряжения затвор-исток I D = f ( V GS , T ) аналогична I C = f ( V BE , T ). Прецизионные датчики температуры целесообразно создавать на термочув- ствительных биполярных транзисто- рах с отличающейся в 10–15 раз пло- щадью эмиттерных переходов и ком- пенсацией нелинейной зависимости V BE = f ( T ). Такие датчики возможно реа- лизовать не только по биполярной, но и по КМОП-технологии с применени- ем стандартных структур. Л ИТЕРАТУРА 1. Дворников О.В. , Чеховский В.А. , Дятлов В.Л. , Прокопенко Н.Н . Особенности аналоговых интерфейсов датчиков. Современная элек- троника. № 2. № 3. 2013. 2. Baker B. Temperature Sensing Technologies. Microchip Technology Inc. AN679. 3. Lepkowski J. Temperature Measurement Circuits for Embedded Applications. Microchip Technology Inc. AN929. 4. Дворников О.В. , Чеховский В.А. , Дятлов В.Л. , Прокопенко Н.Н. Интерфейсы датчиков для систем на кристалле. Современная электроника. № 8. 2013. 5. Прокопенко Н.Н., Дворников О.В., Крутчин- ский С.Г . Элементная база радиационно- стойких информационно-измерительных систем. Шахты. 2011. 6. Достал И . Операционные усилители. Мир. 1982. 7. Сергеев В.С., Кузнецов О.Л. , Захаров Н.П., Летягин В.А . Напряжения и деформации в элементах микросхем. Радио и связь. 1987. 8. Meijer G.C.M., Wang G., Fruett F . Temperature sensors and voltage references implemented in CMOS technology. IEEE Sensors Journal. Vol. 1. № 3. 2001. 9. Digital temperature sensor accuracy explained. Philips. AN10349. 10. Jones M . Accurate temperature sensing with an external P-N junction. www.edn.com . 11. Дворников О.В., Шульгевич Ю.Ф., Тол- кун А.В . Применение постпроцессора PROBE для анализа результатов изме- рителя параметров полупроводнико- вых приборов ИППП-1. www.mnipi.by . 12. www.mnipi.com . 13. Соклоф С . Аналоговые интегральные схемы. Мир. 1988. 14. Абрамов И.И., Дворников О.В . Проектиро- вание аналоговых микросхем для преци- зионных измерительных систем. Минск. 2006. 15. LM34/LM35 Precision Monolithic Tempe- rature Sensors. Texas Instruments. AN-460. Рис. 16. Электрическая схема цепи компенсации температурной нелинейности LM34 16. Дворников О.В . Схемотехника биполяр- но-полевых аналоговых микросхем. Часть 2. Высокоточные повторители тока. Chip News. № 10. 2004. 17. Дворников О.В . Применение элемен- тов с изменяемым сопротивлением для подгонки характеристик монолит- ных ИС. 2001. Рис. 17. Электрическая схема цепи термочувствительных транзисторов LM34 © СТА-ПРЕСС