《传感器原理及应用》课程PPT教学课件（现代传感技术）第9讲 集成温敏传感器、集成磁敏传感器

第二节集成温敏传感器 ■将敏岛体管及外围电路集成在同一个 给片上,枸成集测量、放大、电源供电 予一体的高性能测温传慼器。 按输出信号分三类 1)电压型:易于直接读出(AD)。 2)电流型:便于远传(变电压后AD)。 3)频率型:便于和数字化器件连接(不用 AD)

第二节 集成温敏传感器 ◼ 将温敏晶体管及外围电路集成在同一个 芯片上，构成集测量、放大、电源供电 于一体的高性能测温传感器。 按输出信号分三类： 1）电压型：易于直接读出（A/D）。 2）电流型：便于远传（变电压后A/D）。 3）频率型：便于和数字化器件连接（不用 A/D）

PTAT核心电路 采用差分对管电路(VT1,vT2) QUc U VTa 1R20 VT2 KVTA VT3 -VTs VT2 VT VT1 KVT2 VT1 R R Ril R △Ube b 图5-7温敏传感器基本电路 a)PTAT基本电路b)电流输出型 c)电压输出型

一、PTAT核心电路 ◼ 采用差分对管电路（VT1,VT2)

■由图aR1上电压: AUbe =kT/q In(Jc1/Jc 2)(5-15) VT1和vT2完全相同时: c1/c2=Jc1Jc2有(5-14) 若使电密比(Jc1Jc2)不变,则: △Ube正比于热力学温度T 若忽略基极电流,有: △Ube=R1c2 (5-16) 则c2正比于T为使Jc1/Jc2不变,电流源 c1也应该正比于T,称PTAT电路

◼ 由图a),R1上电压： △Ube =kT/q ln(Jc1/Jc2) (5-15) *VT1和VT2完全相同时： Ic1/Ic2 =Jc1/Jc2 有 (5-14) 若使电流密度比（ Jc1/Jc2）不变，则： △Ube正比于热力学温度T. 若忽略基极电流，有： △Ube=R1Ic2 (5-16) 则 Ic2正比于T,为使Jc1/Jc2不变， 电流源 Ic1也应该正比于T，称PTAT电路

供电电源用电流镜,b)中VT3、VT4, 保证二者基电极电流相等(Ic1=c2) 实际制作时,Jc1Jc2=n,则: △Ube=kTqn(n)(5-17) 输出电流|o为: lo=2△Ube/R(5-18) 特点:R的数值和稱定性是关键。 图c)为电压输出型 R2KT Uo=IR2 lg n(n) Rig (5-19

◼ 供电电源采用电流镜,图b）中VT3、VT4, 保证二者基电极电流相等（ Ic1=Ic2） 。 ◼ 实际制作时， Jc1/Jc2 =n,则： △Ube=kT/q ln(n) (5-17) 输出电流Io为： Io=2 △Ube/R1 (5-18) 特点：R1的数值和稳定性是关键。 图c）为电压输出型： R2kT Uo=IR2=-------- ln(n) (5-19) R1q

二、电流输出型集成温度传感器 AD590:电压430V;测温范围-55~150°; 灵敏度1A℃;25(298.20K)时电流 29820μA线性度好 cc R4104O ■封装 VT VT7 三端TO和片状封装。 LVTox VT1zH 36pF VT1,2为温敏晶体管 le至基板 5kQUR2 R 发射极面积比: 11kO2 VT1 VT2 VT2:vT1=n=8:1 的2 QR 46 图58AD590 电路原理图

二、电流输出型集成温度传感器 ◼ AD590：电压4-30V;测温范围-55~150℃； 灵敏度1µA/ ℃;25 ℃(298.20K)时电流 298.20 µA,线性度好. ◼ 封装: 三端TO和片状封装。 VT1,2为温敏晶体管 发射极面积比: VT2:VT1=n=8:1

电流输出特性曲线: 理想的温度灵敏度1uAeC 两种误差:斜率和平移。 l0/μA 实际 l0/μA +150℃ 42 实际 max +25℃ 理想 298 校正误差 218 55℃ 2982 T/K 012347v0m 5t 图59AD90特性曲线 a)输出灵敏度曲线b)输出与外加电源的关系c)输出的动态响应曲线

电流输出特性曲线： ◼ 理想的温度灵敏度1µ A/℃ ◼ 两种误差：斜率和平移

■校正方法: (1)一点校正:0℃或25℃C。例如 25℃C射,调整RW,使Uτ=298.2卩A (2)二点校正:O°调Rw,Ut=0v; 100℃调Rw2,Ut=10V +15V AD581 R WI 25℃ 2k9、97.6kg5kg AD590 35.7kQ I OOC 27k R950g AD590 (-5~-15)V b) 图5-10输出误差校正电路 a)一点法校正电路b)两点法校正电路

◼ 校正方法： （1）一点校正：0℃或25℃。例如： 25℃时，调整RW，使UT=298.2 µA (2) 二点校正: 0℃调RW1, Ut=0V; 100 ℃调RW2, Ut=10V;

三、集成温控开关 ■将测温比较-控制电路集成一体。 例:AD22105,40-150°C,8pins的DP 或SOC封装。 Uol 200kQ UoH 设置 U 园「温度传感器 T 4℃ 图5-11AD22105 图5-11b迟滞特性 内部结构

三、集成温控开关 ◼ 将测温-比较-控制电路集成一体。 例：AD22105，-40~150℃，8pins的DIP 或SOIC封装

设置温度点电阻Rset见式520所示 ■考虑温度影响,电阻Rset标称阻值选择 见式5-21所示。 ■选择金属膜电阻,温漂小。 有相似的其他产品可以选用,如 Dallas 公司的DS系列和MaXm公司的Max系列

◼ 设置温度点电阻Rset见式5-20所示。 ◼ 考虑温度影响，电阻Rset标称阻值选择 见式5-21所示。 ◼ 选择金属膜电阻，温漂小。 ◼ 有相似的其他产品可以选用，如Dallas 公司的DS系列和Maxim公司的Max系列

第三节集成磁敏传感器 两类:1)结构型:根据法拉第电碩感应 原理。只能检测变化,不能检测量,难 小型化。 2)物性型:利用率导体的磁电转 换特型。能检测交直流磁炀,灵敏度 可靠性高。 功能:开关型和线性型 工艺:蚁极型和MOS型

第三节 集成磁敏传感器 ◼ 两类：1）结构型：根据法拉第电磁感应 原理。只能检测变化，不能检测量，难 小型化。 2）物性型：利用半导体的磁电转 换特型。能检测交直流磁场，灵敏度、 可靠性高。 功能：开关型和线性型 工艺：双极型和MOS型