二极管作为温度传感器使用原理

二极管的正向电压相对于温度呈线性变化。利用该特性,可以把二极管和双极晶体管的B-E部分作为温度传感器使用。1A 200V二极管10EDB20的正向电压的特性如下。
二极管的正向电压特性
二极管的正向电压特性
电流流动时所产生的热量会防碍正确测量温度,因此使用微量的电流。通常温度上升1℃,正向电压会降低2mV。让我们使用10EDB20进行实际验证。
改变温度和正向电流时的正向电压(补偿值)
改变温度和正向电流时的正向电压(补偿值)
该表中的数值是对实际测量的正向电压进行线性回归补偿后获得的数值。温度系数为
10μA下 -2.22mV/℃
100μA下 -2.03mV/℃
因此,额定电流的1/10,000约为-2mV/℃。如此流动单一的微量电流,可以获知功率半导体的芯片温度。
Maxim、National semiconductor等的温度监控器集成电路采用流动两个电流的方法。
使用两个电流测量VF,计算差值
使用两个电流测量VF,计算差值
两个电流的正向电压差如果为ΔVF
T= q ΔVF/[n k ln(N)]-273.15
由此可以得到温度T(℃)。在此
q为电量基本单位1.602×10-19库仑
N为理想因数
k为玻尔兹曼常数1.38×10-23
左表中75℃条件下10μA和100μA的正向电压差为72mV。单独计算10EDB20的n为1.0293,从上面的计算式得出的ΔVF为71mV。实际测量得到的ΔVF值和计算结果基本一致。
在此,关键要看「差」,这是最巧妙的方法。