專利名稱：Pn結(jié)溫度傳感器工作方式的改進(jìn)和線性化新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種PN結(jié)溫度傳感器工作方式的改進(jìn)和實(shí)現(xiàn)高精度線性化的新方法。
現(xiàn)有技術(shù)中二極管、三極管等PN結(jié)半導(dǎo)體溫度傳感器由于靈敏度高，性能穩(wěn)定、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)已廣泛用于溫度測(cè)量領(lǐng)域。其不足是兩者都必須有精確的恒流電路、使其成本造價(jià)高，且輸出特性的線性不很好，如美國(guó)摩托羅拉公司70年代生產(chǎn)的硅三極管溫度傳感器MTS102、MTS103，MTS105具有一定的代表性，使用溫度在-40-150℃，恒流條件下，非線性誤差典型值為±1℃。(摩托羅拉公司1981)硅二極管非線性誤差比三極管還要大，時(shí)至今日，PN結(jié)半導(dǎo)體溫度傳感器要在恒流條件下工作及其正向壓降與其溫度并非嚴(yán)格的線性關(guān)系這在國(guó)內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)、教科書、傳感器專著中已成定論。
本發(fā)明目的是克服傳統(tǒng)技術(shù)偏見(jiàn)，提供一種造價(jià)低線性好的PN結(jié)溫度傳感器工作方式的改進(jìn)和線性化新方法。
本發(fā)明特征在于將溫度傳感器中PN結(jié)與適宜的固定電阻串聯(lián)，并使該串聯(lián)支路工作在恒壓條件下，將PN結(jié)兩端的壓降做為測(cè)量信號(hào)輸出，此輸出與溫度成高精度線性關(guān)系。其中PN結(jié)為硅或砷化鎵或鍺二極管或三極管，特別是二極管，恒壓為1-20V，溫度系數(shù)≤100ppm，固定電阻為500Ω-50KΩ。
本發(fā)明完全拋開了PV結(jié)溫度傳感器要在恒流條件下工作的傳統(tǒng)技術(shù)偏見(jiàn)，采用變化的工作電流，只需一個(gè)與PN結(jié)串聯(lián)的定值電阻，并使該串聯(lián)支路工作在恒定電壓條件下(電壓值可不同)，則PN結(jié)正向壓降與其溫度成高精度的線性關(guān)系，這一發(fā)明揭示了PN結(jié)的正向壓降與其溫度之間的一個(gè)未知的規(guī)律。
本發(fā)明實(shí)施例結(jié)合


如下如圖所示，將PN結(jié)如硅二極管與1KΩ固定電阻串聯(lián)，用溫度系數(shù)為50ppm1.25V參考電壓加在串聯(lián)支路上，用硅二極管兩端的正向壓降做輸出測(cè)量信號(hào)，在-50-150℃范圍內(nèi)，硅二極管的非線性誤差≤0.3℃，本例選用未加任何挑選的普通硅二極管，每支八分錢，即可達(dá)到上述指標(biāo)，該指標(biāo)達(dá)到和超過(guò)了現(xiàn)今常用的各種類型的溫度傳感器，包括最新的集成溫度傳感器。本例中電阻可以是500Ω-50KΩ中任意值，電壓為1-20V中任意值。表一為原恒流工作與恒壓工作非線性誤差的比較表一范圍 0-100℃ -50-150℃非線性誤差℃ 最小值 典型值 最大值 最小值 典型值 最大值工作條件恒流100μA 0.8 1.0 1.5 1.5 2.0 3.0恒壓1.25V 0.1 0.2 0.3 0.2 0.4 0.6表二是用上述方法制成的五臺(tái)3 1/2位數(shù)字式溫度計(jì)的實(shí)測(cè)結(jié)果，其中恒定電壓取自模數(shù)轉(zhuǎn)換電路中的基準(zhǔn)電壓源。
表二溫度(℃±0.1): -50 0 25 50 75 100 125 150誤差(℃):
溫度計(jì)1 +0.4 0 +0.1 +0.3 0 -0.1 -0.3 02 +0.2 0 +0.2 +0.1 0 -0.1 -0.4 03 +0.2 0 0 +0.2 -0.1 -0.2 -0.4 04 +0.4 0 0 +0.1 0 0 -0.3 05 +0.5 0 0 +0.2 -0.1 -0.1 -0.2 0本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果1、本發(fā)明克服了以往PN結(jié)溫度傳感器必須工作在恒流條件及其正向壓降與其溫度并非嚴(yán)格線性關(guān)系的傳統(tǒng)技術(shù)偏見(jiàn)，揭示了迄今人們尚未發(fā)現(xiàn)的PN結(jié)正向壓降與其溫度之間的一個(gè)未知的規(guī)律，為PN結(jié)溫度傳感器家族提供了一種性能穩(wěn)定，線性良好，體積小，響應(yīng)時(shí)間短，靈敏度高，使用方便，測(cè)量準(zhǔn)確又十分廉價(jià)的溫度傳感器;2、用該方法制做的溫度計(jì)省略了復(fù)雜的恒流源而代之以模數(shù)轉(zhuǎn)換電路中的基準(zhǔn)電壓源，使其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單造價(jià)低;3、用該方法制做的溫度計(jì)實(shí)現(xiàn)了高精度的線性關(guān)系，用硅二極管制做的溫度計(jì)在-50-150℃其非線性誤差在0.3℃以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種PN結(jié)溫度傳感器工作方式的改進(jìn)和線性化新方法，其特征在于該方法將溫度傳感器中PN結(jié)與適宜的固定電阻串聯(lián)，并使該串聯(lián)支路工作在恒壓條件下，將PN結(jié)兩端的正向壓降作為測(cè)量信號(hào)輸出，此輸出與溫度成高精度線性關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性化新方法，其特征是PN結(jié)為硅或砷化鎵或鍺二極管或三極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的線性化新方法，其特征是所述恒壓為1-20V，溫度系數(shù)≤100ppm，固定電阻在500Ω-50KΩ之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種PN結(jié)溫度傳感器工作方式的改進(jìn)和實(shí)現(xiàn)高精度線性化的新方法。解決現(xiàn)有PN結(jié)半導(dǎo)體溫度傳感器要在恒流條件工作這一技術(shù)偏見(jiàn)及其正向壓降與其溫度并非嚴(yán)格線性關(guān)系的問(wèn)題。本發(fā)明將PN結(jié)與固定電阻串接使其工作在恒壓條件下，將PN結(jié)兩端的壓降做測(cè)量信號(hào)輸出，本發(fā)明克服了以往技術(shù)偏見(jiàn)，使PN結(jié)工作在恒壓條件，省略了復(fù)雜的恒流電路，且該方法制做的傳感器性能穩(wěn)定，線性良好，體積小，響應(yīng)時(shí)間短，靈敏度高。
文檔編號(hào)G01K7/14GK1101715SQ9410649
公開日1995年4月19日 申請(qǐng)日期1994年6月24日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月24日
發(fā)明者王汶成 申請(qǐng)人:王汶成