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可以想象，實(shí)現(xiàn)溫度傳感器或限值檢測電路的成本可能與所需的精度成正比。例如，混合化學(xué)品的精密機(jī)器可能需要在混合試劑之前將溶液加熱到精確和精確的點(diǎn)。在分析血液樣本之前，醫(yī)療設(shè)備也可能需要達(dá)到溫度。

使用半導(dǎo)體器件測量溫度

但是，在每個(gè)設(shè)計(jì)中進(jìn)行嚴(yán)格的溫度測量并不重要。在許多情況下，可以使用簡單的大致值。以老式恒溫器為例。手動(dòng)和機(jī)械調(diào)整提供了一個(gè)房間設(shè)置的“近似”溫度的針規(guī)。使用五位數(shù)精確校準(zhǔn)和補(bǔ)償?shù)臏囟葌鞲邢到y(tǒng)是矯枉過正的，而且成本太高。

幸運(yùn)的是，可以使用一種使用標(biāo)準(zhǔn)低成本二極管的常見且簡單的技術(shù)來制造相對精確的溫度傳感器。這取決于半導(dǎo)體結(jié)在反向偏置條件下的特性。反向電流與硅的溫度成正比。因此，一旦正確偏置，任何廉價(jià)二極管都可以產(chǎn)生與其溫度成正比的反向電壓。

如何構(gòu)建溫度傳感器電路

電路的確切特性將取決于您選擇的二極管，但總體而言，?x uV/°C的關(guān)系是反向偏置硅結(jié)隨溫度變化的典型響應(yīng)。

如何使用這些信息將取決于您的需求。例如，熱限位開關(guān)可以使用二極管和電阻偏置電路為比較器供電(圖 1)。這將在預(yù)定閾值處改變狀態(tài)，從而允許加熱器控制，例如，保持溫度范圍(注意，此處適用滯后以防止跳變點(diǎn)周圍的顫振振蕩)。

圖 1：反向偏置二極管結(jié)用作電流源 (I)，其電流與溫度和電壓成正比。產(chǎn)生的電流將在檢測電阻器上產(chǎn)生電壓，可用于進(jìn)行這種簡單的限值或閾值開關(guān)。

當(dāng)與可變電阻器或數(shù)字微調(diào)器結(jié)合使用時(shí)，更復(fù)雜的運(yùn)算放大器電路可以提供較低和較高電平的校準(zhǔn)點(diǎn)(圖 2)。雖然反向電流響應(yīng)在某種程度上是線性的，但會(huì)存在變化，因此，如果您使用的是嵌入式微控制器，并且需要找到一個(gè)精確的閾值，則可以參考查找表。

圖 2：模擬微調(diào)電位器或數(shù)字微調(diào)器可用于構(gòu)建基本的校準(zhǔn)電路，用于設(shè)置測量的下限和上限。

此外，還提供集成式半導(dǎo)體解決方案和評估套件，使設(shè)計(jì)人員能夠選擇用于遠(yuǎn)程定位的二極管。這很方便，因?yàn)樵S多金屬二極管封裝可以熱安裝到需要監(jiān)控的金屬機(jī)器上。

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LM95235CIMM/NOPB

德州儀器 (TI) 的一個(gè)示例套件是 LM95235EVAL 評估和開發(fā)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以使用二極管或晶體管作為溫度傳感器。晶體管可以使用集電極發(fā)射極結(jié)二極管作為檢測元件(圖 3)，許多晶體管使用小型金屬罐封裝，這些封裝也可以很好地貼裝到被測單元上。

圖 3：基于二極管和晶體管的熱特性，像 Texas Instruments 的 LM95235 這樣的 IC 利用 PN 結(jié)的反向偏置行為，為遠(yuǎn)程溫度測量提供 11 位精度。

雖然不如集成式校準(zhǔn)和補(bǔ)償單片解決方案那樣可靠和準(zhǔn)確，但 TI 開發(fā)套件展示了如何使用二極管和晶體管作為溫度傳感器來實(shí)現(xiàn) 11 位精度。這可以提供您需要的準(zhǔn)確性，同時(shí)保持低成本。

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