PN结温度传感器原理及应用_图文.
PN结温度传感器及测温电路原理
PN结温度传感器及测温电路原理温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。
不少材料、元件的特性都随温度的变化而变化, 所以能作温度传感器的材料相当多。
温度传感器随温度而引起物理参数变化的有：膨胀、电阻、电容、而电动势、磁性能、频率、光学特性及热噪声等等。
随着生产的发展，新型温度传感器还会不断涌现。
由于工农业生产中温度测量的范围极宽，从零下几百度到零上几千度，而各种材料做成的温度传感器只能在一定的温度范围内使用。
具体可参考本站文章:常用的测温传感器的种类与测温范围及常用温度传感器的比较及选型。
温度传感器的种类较多，我们主要介绍PN结温度传感器及应用电路。
PN结温度传感器工作原理晶体二极管或三极管的PN结的结电压是随温度而变化的。
例如硅管的PN结的结电压在温度每升高1C时，下降-2mV,利用这种特性，一般可以直接采用二极管（如玻璃封装的开关二极管1N4148）或采用硅三极管（可将集电极和基极短接）接成二极管来做PN结温度传感器。
这种传感器有较好的线性，尺寸小，其热时间常数为0.2—2秒，灵敏度高。
测温范围为-50—+150C。
典型的温度曲线如图1所示。
同型号的二极管或三极管特性不完全相同，因此它们的互换性较差。
应用电路（一）图（2）是采用PN结温度传感器的数字式温度计，测温范围-50—150C，分辨率为0.1C,在0—100C范围内精度可达土1C。
图中的R1,R2,D，W1组成测温电桥，其输出信号接差动放大器A1,经放大后的信号输入0—±2.000V数字式电压表（DVM）显示。
放大后的灵敏度10mV/C。
A2接成电压跟随器。
与W2配合可调节放大器A1的增益。
通过PN结温度传感器的工作电流不能过大，以免二极管自身的温升影响测量精度。
一般工作电流为100—3 00mA。
采用恒流源作为传感器的工作电流较为复杂，一般采用恒压源供电，但必须有较好的稳压精度。
KIPl.1o V KFl.0 K2=pC2丄--^13外接EC 的A/D 转换电路精确的电路调整非常重要，可以采用广口瓶装入碎冰渣（带水）作为0°C 的标准，采用恒温水槽或油槽及标准温度计作为100C 或其它温度标准。
传感器原理-PN结、热电偶
PN结传感器原理
1 构造和特性
PN结是由n型半导体和p型半导体的交界处组成的。当给PN结加上逆向电压时，没有电流 通过。而当给PN结加上正向电压时，电流可以通过。
2 工作原理
PN结传感器通过监测电流和电压的变化来检测物理量的变化。例如，温度传感器就是根 据温度对PN结电容的变化来检测的。
3 应用场景
3
应用场景
热电偶广泛应用于医疗、工业测量、航空航天等领域。
压力传感器的原理
构造和特点
压力传感器由弹性体和检测元件组成。当弹性体 受到外力时，会变形，检测元件则会测量压力变 化。
应用场景
压力传感器广泛应用于工业、汽车、航空等领域。 例如，它可以用来检测装配生产线中的压力变化。
总结
了解不同传感器的原理和应用场景对我们进行相关工作有很大帮助。传感器 在此时此刻，或许正为我们所处的这个世界创造奇迹。
传感器原理-PN结、热电 偶
传感器在现代化社会中扮演着重要的角色。从PN结到热电偶，让我们来学习 不同传感器的原理、构造、特点和应用场景。
传感器概述
传感器是一种将物理量转变为电信号的器件。它们广泛应用于各行各业，包 括工业、医疗、安全等领域。了解不同类型的传感器的工作原理、构造和应 用场景对我们选择合适的传感器有极大的帮助。
工作原理
光学传感器通过检测光信 号的变化来检测物理量的 变化。例如，它可以用来 检测光线的强度和频率等 信息。
应用场景
光学传感器广泛应用于光 学仪器、环境检测、自动 化生产等领域。
热电偶的原理
1
构造和特点
热电偶由两个不同金属的导线的连接组成。当两个连接处的温度不同时，会产生 电势差。
2
工作原理
热电偶通过检测温度的变化来检测物理量的变化。例如，它可以用来检测热流和 温度差等信息。
pn结温度传感器的基本原理
pn结温度传感器的基本原理
pn结温度传感器是一种常用的温度测量器件，它利用半导体材料的特性来实现温度的测量。
其基本原理是利用pn结的温度特性来实现温度的转换和测量。
在这篇文档中，我们将详细介绍pn结温度传感器的基本原理及其工作原理。
首先，我们来介绍一下pn结温度传感器的结构。
pn结温度传感器是由p型半导体和n型半导体组成的。
当p型半导体和n型半导体通过特定工艺加工后，形成一个pn结。
在这个pn结中，由于p型半导体和n型半导体的电子结构不同，形成了一个电势垒。
当温度发生变化时，pn结的电势垒也会发生变化，从而导致pn结的导电特性发生变化。
其次，我们来介绍pn结温度传感器的工作原理。
当温度发生变化时，pn结的电势垒会发生变化，从而导致pn结的导电特性发生变化。
这种导电特性的变化会导致pn结温度传感器的输出电压发生变化。
通过测量输出电压的变化，我们就可以得知温度的变化。
因此，pn结温度传感器可以通过测量输出电压来实现对温度的测量。
除此之外，pn结温度传感器还具有很高的灵敏度和稳定性。
由
于pn结温度传感器是利用半导体材料的特性来实现温度的测量，因此它具有很高的灵敏度和稳定性。
这使得pn结温度传感器在工业控制和科学研究领域得到了广泛的应用。
总的来说，pn结温度传感器是一种利用半导体材料特性来实现温度测量的传感器。
它利用pn结的温度特性来实现温度的转换和测量，具有很高的灵敏度和稳定性。
通过测量输出电压的变化，我们可以得知温度的变化。
因此，pn结温度传感器在工业控制和科学研究领域具有重要的应用价值。
pn结传感器原理
pn结传感器原理《探索 pn 结传感器原理》嘿，朋友们！今天咱来聊聊 pn 结传感器原理。
这玩意儿啊，就像是一个神奇的小侦探，默默工作着，却有着大作用。
pn 结，你可以把它想象成是一条特殊的“边界线”。
在半导体材料里，一边是 p 型半导体，就好像是一群带正电的小伙伴聚在一起；另一边是n 型半导体，那就是一群带负电的小伙伴啦。
它们碰到一起，就形成了这个特别的 pn 结。
当有光照或者温度等外界因素来“打扰”它的时候，pn 结就开始有反应啦。
就好像有人在轻轻触动这个小侦探，它立马就警觉起来。
比如说光照吧，光一照过来，pn 结里的电子就开始活跃起来，它们就像一群小精灵一样，欢快地跳动着，产生电流。
这电流可不简单，它就像是小侦探发出的信号，告诉我们外面发生了什么。
温度的变化也会让 pn 结有反应哦。
温度一高或者一低，pn 结里的那些粒子们就开始不一样的行动啦。
它们的状态改变了，也就产生了不同的电学特性，这就好比小侦探根据不同的情况发出不同的信号。
pn 结传感器就是利用了这些特性来工作的呀。
它可以检测光的强度，可以感受温度的变化，还能做很多其他的事情呢。
想象一下，在一个黑暗的房间里，pn 结传感器就像是一个小小的灯塔，能察觉到那一点点光亮的变化。
又或者在一个大烤箱里，它能准确地告诉我们里面的温度到了多少度。
在我们的日常生活中，pn 结传感器可是无处不在呢。
手机上的光线传感器，不就是利用了它来自动调节屏幕亮度嘛。
还有那些温度传感器，在空调、冰箱等家电里默默工作着，让我们的生活更加舒适和方便。
我记得有一次，我家里的空调好像出了点问题，总是温度不太对。
后来请了维修师傅来，师傅一检查，就说是温度传感器坏了。
我当时就想，原来这个小小的 pn 结传感器这么重要啊！没有它，空调都不能好好工作了。
所以说呀，pn 结传感器虽然小小的，但它的作用可大了去了。
它就像一个默默无闻却又非常厉害的小英雄，在各种地方发挥着自己的本领。
咱可别小瞧了这个小小的 pn 结传感器，它真的给我们的生活带来了很多便利和惊喜呢！这就是我对 pn 结传感器原理的理解啦，朋友们，你们觉得有趣吗？。
PN结温度传感器原理及应用_赵洪涛.
结,n ≥p ,只须考虑式(2中第1项即可,因D n、L n、n p 0与温度有关(D n、L n均与μn及T有关。设D n /τn与T γ成正比,γ
为常数,则有:
J S ≈q D n n p0L n =q D n
1PN结温度传感器工作原理
二极管、三极管的特性与温度有很大关系,因此,利用电压对温度的依赖关系制成PN结温度传感器。
已知P N结的电流-电压方程为:
J
=q D n n p0L n +
q D p p n 0
L p
exp qv kT -1(1
设
J s =
q D n n p0L n +q D p p n0
响,并消除脉冲干扰信号对测量结果造成的影响。同时,以此平均值与用户设定的温度值进行比较来判断温度是否超标,可以避免单次测量的误差引起的“干扰虚假信号”。
4结束语
τ
n 1/2
n 2
i
N A
=B T γ/2
T 3
exp -E q kT
=
B T
3+
γ2
exp -
E q
kT
(6
式中:B为常数;E q为禁带宽度;E q0为绝对零度时的禁带宽度,E q0=qV q0;V q0为绝对零度时导带底和价顶的电位差。
将式(6代人式(4,可得:
J =BT
3+γ
2
exp q (
V F -V q0kT
由前面的分析可知,当流过PN结的电流密度J保持不变时,PN结正向压降V F随温度T的上升而下降,近似为线性关系。如果PN结不是工作在恒流状态下,其测量精度会大大下降。为此采用图2所示电路
PN结温度传感器
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PN结温度传感器
课程内容 Course Contents
1. 1 PN结温度传感器结构
1. 2 PN结温度传感器原理
1. 3 PN结温度传感器应用
课程内容 Course Contents
1. 1 PN结温度传感器结构
1. 2 PN结温度传感器原理
1. 3 PN结温度传感器应用
1.1 PNLeabharlann 温度传感器结构（3）PN结温度传感器在0℃时的输出电压不是0m v伏，而是700 m v左右，
因此在电路设计中有时需要0点迁移。
1.3 PN结温度传感器应用 PN结温度测量应用电路分析
1.3 PN结温度传感器应用 PN结温度测量电路原理分析
由二极管1N4148和可调电位器以及两个固定阻值电阻组成惠斯通电
桥。当1N4148二极管周围温度发生变化时，TP1处的电压也会发生 变化，通过运放差动放大之后TP5处的电压可反映出二极管1N4148 的温度变化，将TP5处的电压送入显示表头中进行温度显示，通过 电路零点和满度调节，即可做成一款二极管温度仪表。
1.2 PN结温度传感器原理
晶体二极管或三极管的PN结的结电压是随温度变化而变化的。例如
硅管的PN结的结电压在温度每升高1°C ，输出电压下降约2m V。
利用这种特性，一般可直接采用二极管或硅三极管（可将集电极和 基极短接）接成二极管来做PN结温度传感器。 由此可见，PN结温度传感器是一种负温度系数传感器，即 随着温度的升高，PN结上的输出电压相应下降。 PN结温度传感器的测温范围一般为20~150°C 。
1.2 PN结温度传感器原理
课程内容 Course Contents
1. 1 PN结温度传感器结构
pn结测温的原理可能应用在
pn结测温的原理可能应用在1. 引言温度是工业生产、科学研究和生活中常见的物理量之一。
测量温度的方法有很多种，其中一种常见的方法是使用pn结进行测温。
本文将探讨pn结测温的原理，并分析其可能的应用领域。
2. pn结测温的原理pn结是半导体器件中常见的结构之一，由p型半导体和n型半导体的结合组成。
当两种半导体材料结合时，会形成一个耗尽层，在耗尽层中会形成一个内建电场。
这个内建电场会产生一个能量障壁，阻止电子和空穴的自由运动。
当外加一个电压时，能量障壁会变低，电子和空穴会开始流动。
在温度变化时，pn结中的导电性也会发生变化。
晶体的导电性与温度之间存在一定的关系，这是由于温度变化会导致导带带隙宽度和载流子浓度的变化。
当温度升高时，导带带隙宽度会增大，电子的能量增加，导电性增加。
相反，当温度降低时，导带带隙宽度会减小，导电性减小。
基于这一原理，可以通过测量pn结的导电性来确定温度的变化。
一种常见的方法是测量pn结的电流-电压特性曲线。
根据结温度与电压、电流之间的关系，可以计算出温度的变化。
此外，还可以通过温度补偿电路等方法，进一步提高温度测量的精度和稳定性。
3. pn结测温的应用3.1 工业生产在工业生产中，温度是很重要的参数之一。
通过使用pn结测温技术，可以实时监测各种设备和工艺过程中的温度变化。
例如，可以将pn结测温技术应用于高温炉的温度测量，以确保温度控制在安全范围内。
此外，还可以将pn结测温技术应用于焊接、熔炼等过程中，监测温度的变化，提高生产质量和效率。
3.2 科学研究在科学研究领域，对温度的测量精度要求较高。
通过使用pn结测温技术，可以实现对微小温度变化的精确测量。
这对于材料物性研究、化学反应动力学研究等具有重要意义。
此外，还可以将pn结测温技术应用于生物医学研究中，实现对人体温度变化的监测和分析。
3.3 生活应用在日常生活中，温度测量也有一定的应用。
通过使用pn结测温技术，可以实现温度计的制作。
lecture4.2温度传感器(PN结温度传感器)
（二）晶体管温度传感器
晶体管集电极电流恒定条件下，发射结上的正向电压随温度 上升而近似线性下降。 三极管发射极电流包括三部分： 1，扩散电流。 2，空间电荷区中的复合电流。 3，表面复合电流。 但仅有扩散电流能够到达集电极，后两种电流成分作为基极 电流漏掉，这使得晶体管表现出比二极管更好的线性和互换 性。
Lec5 半导体PN结型温度传感器
徐江涛 天津大学电信学院
半导体PN结型温度传感器概述
半导体温度传感器按其工作原理可分为半导体单 晶制成的非结型温度传感器和具有PN结的半导体 温度传感器两种类型。 本节详细讲述后者的原理及其应用。
PN结型温度传感器概述
利用PN结的温度特性可制成PN结温度传感器， 分为以下两类： 二极管温度传感器 晶体管温度传感器
其工作温度范围为-55~+150℃, 灵敏度为10mV/K。
3，测量温差的方法
41页图1-57
V0 (T2 T1 ) 1A / K 10k (T2 T1 ) 10mV / ℃
两只AD590测试电流分别为I1、I2，则温差电流ΔI与温差 (T2-T1)成正比。温差电流ΔI加至运算放大器UA741的反 相输入端，可得到运算放大器输出电压V0。 利用1.0级1V直流电压表可读出0~100℃的温差。若两 点温差很小，应该用直流毫伏计测量温差，以减小读数误 差。 RP是校准电位器，使T2=T1和ΔT=0时电压表读数为零。
晶体管温度传感器
2.晶体管温度传感器的结构温敏传感器电路是由一只运 算放大器和一个温敏三极管组成。电容C的作用是防止 寄生振荡。温敏三极管作为反馈元件跨接在运放的反向 输入端和输出端，基极接地。这样使得发射极为正偏，集 电极几乎零偏。这是因为运放的反向输入端为虚地。 晶体管的集电极Ic 仅取决于电阻Rc和电源电压E即Ic=E/Rc， 而与温度无关，从而保证了恒流源工作条件，使电压Vbe随T 近似线性下降。
PN结温度传感器及测温电路原理
PN结温度传感器及测温电路原理温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。
不少材料、元件的特性都随温度的变化而变化，所以能作温度传感器的材料相当多。
温度传感器随温度而引起物理参数变化的有：膨胀、电阻、电容、而电动势、磁性能、频率、光学特性及热噪声等等。
随着生产的发展，新型温度传感器还会不断涌现。
由于工农业生产中温度测量的范围极宽，从零下几百度到零上几千度，而各种材料做成的温度传感器只能在一定的温度范围内使用。
具体可参考本站文章:常用的测温传感器的种类与测温范围及常用温度传感器的比较及选型。
温度传感器的种类较多，我们主要介绍PN结温度传感器及应用电路。
PN结温度传感器工作原理晶体二极管或三极管的PN结的结电压是随温度而变化的。
例如硅管的PN结的结电压在温度每升高1℃时，下降-2mV，利用这种特性，一般可以直接采用二极管（如玻璃封装的开关二极管1N4148）或采用硅三极管（可将集电极和基极短接）接成二极管来做PN结温度传感器。
这种传感器有较好的线性，尺寸小，其热时间常数为0.2—2秒，灵敏度高。
测温范围为-50—+150℃。
典型的温度曲线如图1所示。
同型号的二极管或三极管特性不完全相同，因此它们的互换性较差。
应用电路(一)图（2）是采用PN结温度传感器的数字式温度计，测温范围-50—150℃，分辨率为0.1℃,在0—100℃范围内精度可达±1℃。
图中的R1，R2，D，W1组成测温电桥，其输出信号接差动放大器A1，经放大后的信号输入0—±2.000V 数字式电压表（DVM）显示。
放大后的灵敏度10mV/℃。
A2接成电压跟随器。
与W2配合可调节放大器A1的增益。
通过PN结温度传感器的工作电流不能过大，以免二极管自身的温升影响测量精度。
一般工作电流为100—3 00mA。
采用恒流源作为传感器的工作电流较为复杂，一般采用恒压源供电，但必须有较好的稳压精度。
精确的电路调整非常重要，可以采用广口瓶装入碎冰渣（带水）作为0℃的标准，采用恒温水槽或油槽及标准温度计作为100℃或其它温度标准。
PN结温度传感器及测温电路原理
PN结温度传感器及测温电路原理温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。
不少材料、元件的特性都随温度的变化而变化，所以能作温度传感器的材料相当多。
温度传感器随温度而引起物理参数变化的有：膨胀、电阻、电容、而电动势、磁性能、频率、光学特性及热噪声等等。
随着生产的发展，新型温度传感器还会不断涌现。
由于工农业生产中温度测量的范围极宽，从零下几百度到零上几千度，而各种材料做成的温度传感器只能在一定的温度范围内使用。
具体可参考本站文章:常用的测温传感器的种类与测温范围及常用温度传感器的比较及选型。
温度传感器的种类较多，我们主要介绍PN结温度传感器及应用电路。
PN结温度传感器工作原理晶体二极管或三极管的PN结的结电压是随温度而变化的。
例如硅管的PN结的结电压在温度每升高1℃时，下降-2mV，利用这种特性，一般可以直接采用二极管（如玻璃封装的开关二极管1N4148）或采用硅三极管（可将集电极和基极短接）接成二极管来做PN结温度传感器。
这种传感器有较好的线性，尺寸小，其热时间常数为0.2—2秒，灵敏度高。
测温范围为-50—+150℃。
典型的温度曲线如图1所示。
同型号的二极管或三极管特性不完全相同，因此它们的互换性较差。
应用电路(一)图（2）是采用PN结温度传感器的数字式温度计，测温范围-50—150℃，分辨率为0.1℃,在0—100℃范围内精度可达±1℃。
图中的R1，R2，D，W1组成测温电桥，其输出信号接差动放大器A1，经放大后的信号输入0—±2.000V 数字式电压表（DVM）显示。
放大后的灵敏度10mV/℃。
A2接成电压跟随器。
与W2配合可调节放大器A1的增益。
通过PN结温度传感器的工作电流不能过大，以免二极管自身的温升影响测量精度。
一般工作电流为100—3 00mA。
采用恒流源作为传感器的工作电流较为复杂，一般采用恒压源供电，但必须有较好的稳压精度。
精确的电路调整非常重要，可以采用广口瓶装入碎冰渣（带水）作为0℃的标准，采用恒温水槽或油槽及标准温度计作为100℃或其它温度标准。
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’
２．３共阳型４位动态显示电路和键盘电路
图４为由ＰＮＰ型三极管与７４３７７组成的共阳型４
位ＬＥＤ（发光二极管）动态扫描显示电路。
＋５Ｖ
Ｐｌ０删Ｔｏ
Ｐｌ
ｌ
岛Ｐ１２
拖＋５Ｖ
］
唧ｏ
Ｐ１．３粕
Ｐｌ５ｌ
ｌＩ－Ｉ
Ｉ—Ｊ
Ｉ
Ｉ
Ｐ１６广ｌ・Ｉ’１・Ｉ。－Ｉ・Ｉ—Ｉ－
Ｐ１７Ｐｌ４
手嚆≥Ｈ
ＷＲ
Ｐ２
Ｄ０．Ｄ７
图４动态显示电路和键盘电路
为常数，则有：
厶一警＝ｑ（∥番＝
Ｂｒ以［‰ｐ（＿嘉）】＿
胛。峙）ｅｘｐ（一备）
（６）
式中：Ｂ为常数；Ｅ。为禁带宽度；ＥｑＤ为绝对零度时的禁
带宽度，Ｅｑ０＝ｇ‰；‰为绝对零度时导带底和价顶的
电位差。
将式（６）代人式（４），可得：
．，＝叫３峙）ｅｘｐ（掣）
（７）
两边取对数，整理后得：
Ｋ＝‰一等【ｌｎＢ＋（３＋手）１ｎｒ一１ｎ，】（８）
以看到多位同时稳定显示。
键盘电路采用独立按键接口电路，用来设定参数。２．４电路框图
电路框图见图５。
譬—Ｊ信号调理电路卜∞型．
ＳＴＣ８９Ｃ５２
最小系统
魉
控制执行电路卜
图５电路框图
３软件设计
单片机软件设计流程如图６所示。
・６７・
万方数据
・计算机与自动化技术・
电子工蠢师２００６年７月
图６单片机软件流程
温度的设定值以及对温度进行监控都是用户通过单片机键盘进行设置的。需要说明的是，在计算温度测量值中采用了将连续１０次采样值去掉最大值和最小值后求平均作为最终测量值的方法，可以有效地减小Ａ／Ｄ采样过程中随机误差对测量精度造成的影
响，并消除脉冲干扰信号对测量结果造成的影响。同时，以此平均值与用户设定的温度值进行比较来判断温度是否超标，可以避免单次测量的误差引起的“干
扰虚假信号”。
４结束语
该系统硬件简单，容易实现，测量范围一般为
并指出了减小测量误差的方法。
关键词：温度传感器；ＰＮ结；信号调理电路；单片机
中图分类号：ＴＰ２１２．１１
０
引言
随着测温技术的迅速发展，新的测温传感器不断
出现，如光纤温度传感器、微波温度传感器、超声波温度传感器、核磁共振温度传感器、ＰＮ结温度传感器等在一些领域获得了广泛的应用。本系统充分利用温度传感器测量温度快速、使用简便的特点，同时结合单片机的使用对数据进行实时处理，从而做到了对温度的
系数。
当ＰＮ结处于正向偏压下，设正向偏压为Ｋ，一般
情况下，Ｋ＝露聊，则
．，钆ｅｘｐ（喾）
（４）睢＝筝ｎ（丢）
（５）
‘
ｑ、．，ｓ，
收稿日期：２００５—１０一１９；修回日期：２００６ＪＤ２＿２０。
・６６・
式（５）表明，当电流密度．，保持不变时，ＰＮ结的
正向电压Ｋ与温度ｒ成正比。对于ＰＮ＋结，ｎ》ｐ，只须考虑式（２）中第１项即可，因Ｄ。、￡。、ｎ砷与温度有关（Ｄ。、己。均与肛。及，有关）。设口。／丁。与矿成正比，ｙ
当Ｐ１．０一Ｐ１．３为低电平时，Ｖ哟一ＶＴ３导通，选通相应显示位。Ｐ２口输出的字段码是低电平有效。当输出字段码时，每一位将显示相同的内容。要显示
不同的内容，必须采取轮流的显示方式，即在某一瞬
间，只选通某一位的字位线，显示某一位数字，其他各位的字位线处于断开状态。同样，可以显示下一位，这样依次循环扫描，轮流显示，由于人眼的视觉效应，可
路。
兰秽糕陛怍
卜————］—。ｏ
Ｊ一
白；；ｍｃ。Ｕ
７４１Ｂ莎—早
Ｒ５
ＲＷ３１二）——引
１８０ｋｎ
÷
５０ｋＱ
图２
ＰＮ结的信号调理电路
放大器Ａ１组成恒流源电路，电阻器Ｒ２和可变电阻器ＲＷｌ组成串联分压电路，调整可变电阻器Ｒｗｌ，
使Ａ１的同相端电位为０．７Ｖ。当二极管的温度发生
变化时，其两端的电压也发生变化，但流过二极管的电
实时控制。
１
ＰＮ结温度传感器工作原理
二极管、三极管的特性与温度有很大关系，因此，
利用电压对温度的依赖关系制成ＰＮ结温度传感器。
已知ＰＮ结的电流．电压方程为：
．，＝（警＋警）Ｈ券）一・］（１）
设
卜警＋警
则
．，＝Ｊｓ（ｅｘｐ（券）一・）
（２）
（３）
式中：．，。为反向饱和电流密度；Ｄ。为电子扩散系数；Ｄ。为空穴扩散系数；￡。为电子扩散长度；￡。为空穴扩散
两输入端电压相等，则输出电压为０。另外，选取Ｒ３、
Ｒ４为５ｋＱ是考虑到Ａ１的输出电阻影响，Ｒ３、Ｒ４取
值不能太小。信号调理后，送单片机带有Ａ／Ｄ转换的
口ＰＯ．７。
２．２控制执行电路
控制执行电路由加温电热丝、双向可控硅、光电耦合器等电路组成见图３。
图３控制执行电路
当Ｐ０．１为低电平时，ＭＯｃ３０４１光耦工作，可控硅自动过零触发导通，电热丝加温工作；当Ｐｏ．１为高电平时，Ｍ０ｃ３０４１光耦不工作，可控硅不导通，电热丝停止加温。根据需要可Ｎ结正向电压与
温度关系的特性而制作的。
２整体电路设计
２．１
ＰＮ结的信号调理电路
ＰＮ结的信号调理电路由放大器Ａ１组成恒流源
电路和放大器Ａ２等电路组成。
由前面的分析可知，当流过ＰＮ结的电流密度，
保持不变时，ＰＮ结正向压降Ｋ随温度ｒ的上升而下降，近似为线性关系。如果ＰＮ结不是工作在恒流状态下，其测量精度会大大下降。为此采用图２所示电
第３２卷第７期２００６年７月
电子工囊师
ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＥＮＧＩＮＥＥＲ
Ｖ０１．３２Ｎｏ．７
Ｊｕｌ．２００６
ＰＮ结温度传感器原理及应用
赵洪涛
（淮安信息职业技术学院，江苏省淮安市２２３００１）
摘要：介绍了采用ＰＮ结温度传感器进行温度测量的原理，在此基础上给出了ＰＮ结的信号调理电路，分析了各部分电路的特性，给出了由ＳＴＣ８９系列单片机组成的测温电路系统及其程序流程，
流始终不变。
根据运放虚短和虚断的特性，电流为：
半＝等．１（ｍＡ）
Ｒ，
４．３
～…一７
放大器Ａ２将二极管（ＰＮ结）两端微小变化的电压进行放大，调整可变电阻器Ｒｗ３，使Ａ２的放大倍数
为：
Ａｕ：一鼍粤：－４０
』Ｌｄ
设置可变电阻器ＲＷ２，使Ａ２可以调零。例如在
某一温度下，Ａ１输出为定值。通过调整ＲＷ２，使Ａ２
式中，扎Ｋ、ｇ、‰均为与温度无关的常数。
式（８）表明，当电流密度ｔ，保持不变时，ＰＮ结正向压降Ｋ随着温度丁的上升而下降，近似线性关系。
图１湿示出硅和锗ＰＮ结正向电．压与温度的关系。
图１硅和锗ＰＮ结正向电压与温度的关系
万方数据
第３２卷第７期赵洪涛：ＰＮ结温度传感器原理及应用・计算机与自动化技术・
对于硅二极管，温度每升高１ｃＣ，正向电压下降约