晶體管與集成溫傳感器第1頁/共26頁2023/4/132第三節晶體管與集成溫度傳感器

通常，靈敏度為負。低溫時，砷化鎵PN結比硅管更好；而硅的線性度較好。1.熱敏二極管NPN集電極電流恒定時，Vbe隨環境溫度變化。2.熱敏三極管第2頁/共26頁2023/4/133三集成溫度傳感器

集成溫度傳感器（溫度IC）將溫度敏感元件和放大、運算和補償等電路采用微電子技術和集成工藝集成在一片芯片上，從而構成集測量、放大、電源供電回路于一體的高性能的測溫傳感器。

第3頁/共26頁2023/4/134集成溫度傳感器的類型

集成溫度傳感器可分為：模擬型集成溫度傳感器和數字型集成溫度傳感器。模擬型的輸出信號形式有電壓型和電流型兩種。電壓型的靈敏度多為10mV/℃（以攝氏溫度0℃作為電壓的零點），電流型的靈敏度多為1μA/K（以絕對溫度0K作為電流的零點）；數字型又可以分為開關輸出型、并行輸出型、串行輸出型等幾種不同的形式。第4頁/共26頁2023/4/135（一）模擬型集成溫度傳感器1.模擬型集成溫度傳感器

電流輸出型溫度傳感器能產生一個與絕對溫度成正比的電流作為輸出，AD590、AD592是電流輸出型溫度傳感器的典型產品。

第5頁/共26頁2023/4/136AD590封裝示意圖空腳（接地）型號從I到M，其中M精度最高AD590第6頁/共26頁2023/4/137AD590的基本轉換電路電流-電壓轉換電路（10mV/K）

增加負載電阻的阻值可提高輸出電壓。第7頁/共26頁2023/4/138AD590的基本轉換電路輸出電壓Uo與熱力學溫度成正比（1mV/K）

輸出電壓Uo與攝氏溫度成正比（100mV/℃）

第8頁/共26頁2023/4/139設1#和2#AD590處的溫度分別為

（℃）和

則輸出電壓為(t1-t2)100mv/℃。圖中電位器R1用于調零。電位器R4用于調整運放LF355的增益。設1#和2#AD590處的溫度分別為t1,t2，分析電路功能？第9頁/共26頁2023/4/1310模擬型集成溫度傳感器AD592C在0～70℃間非線性誤差≤±0.05℃、重復性和長期穩定性≤±0.1℃第三節晶體管與集成溫度傳感器AD592第10頁/共26頁2023/4/1311電壓輸出型集成溫度傳感器——

LM35/45LM35/45的外形及引腳圖

第11頁/共26頁2023/4/1312電壓輸出型集成溫度傳感器

——

LM35/45LM35/45構成的攝氏溫度測量電路LM35/45組裝成的測溫傳感器第12頁/共26頁2023/4/1313圖3-32LM35與ICL7107構成的數字溫度計7107第13頁/共26頁2023/4/1314第14頁/共26頁2023/4/1315在電腦中，集成溫度傳感器用于CPU散熱保護電路散熱風扇集成溫度ICCPU插座CPU散熱片第15頁/共26頁2023/4/1316MAX6502用于控制散熱風扇的轉速當CPU進行復雜運算時，風扇處于全速運行。場效應管功率驅動

第16頁/共26頁2023/4/1317 DS18B20是美國DALLAS公司近推出的熱電式半導體數字集成溫度傳感器。它也是利用半導體P-N結在其正常工作溫度范圍內結電壓隨溫度上升而下降的原理而精心設計實現的。DS18B20有多種封裝形式。一線制數字溫度傳感器DS18B20及其應用第17頁/共26頁2023/4/1318一線制數字溫度傳感器DS18B20及其應用

1.DS18B20的封裝與外部引腳

DS1820的幾種封裝管腳圖

(a)DS18B20P；(b)DS18B20B（c）DS18B20TO92管腳說明：GND—地；DQ—數據輸入／輸出；VDD—電源電壓；NC—空腳

第18頁/共26頁2023/4/13192.DS18B20內部功能電路模塊

其內部功能電路模塊如圖所示:

DS18B20功能塊圖第19頁/共26頁2023/4/13203.DS18B20的主要功能和特點

DS18B20對外有效引腳僅3條，即電源、地和信號線。其主要功能和特點如下：（1）采用獨特的“一線制”通信方式，信號符合TTL電平邏輯，無須任何外圍器件，可直接和各種單片機或微處理器的I/O引腳相連，為簡化系統設計提供了極大的方便；（2）溫度測量范圍為-55oC～125oC；（3）可編程的溫度轉換分辨率，可根據應用需要在9Bit～12Bit之間選取；（4）在12bit溫度轉換分辨率下，溫度轉換時間最大為750ms；（5）用戶可編程自設置報警溫度存入片內非易失性存儲器中，實現溫度上、下限自動比對報警功能；（6）電源供電范圍3.3V～5V，DS18B20的讀、寫操作以及溫度轉換期間所需的電能可通過數據線提供，也可由外部電源提供；（7）DS18B20采用節能設計，在等待狀態下功耗近似為零。第20頁/共26頁2023/4/13214.DS18B20的應用（1）硬件接口方法 目前DS18B20在國內的零售價大約為10元人民幣，用于

-50～150℃范圍內測溫，采用特殊的一線制數字串行通信方式，故用于智能化儀器對環境溫度的監測非常方便，因不需要配置A/D轉換器，所以采用DS18B20測溫方案成本低廉。下圖為DS18B20與MCU的兩種接口電路。其中a)為點對點應用電路，DS18B20電源端接地；b)為點對多點應用電路，DS18B20電源端接外供電源（3～5.5V）。

a)應用電路塊1b)應用電路塊2

DS18B20典型應用電路第21頁/共26頁2023/4/1322（2）DS18B20的“一線制”串行通信協議

DS18B20的“一線制”串行通信協議中所有的命令和數據都必須通過一根信號線進行傳輸,因此，對數據讀、寫時序有非常嚴格的要求。DS18B20主要讀、寫時序包括：初始化時序、讀操作時序、寫操作時序。第22頁/共26頁2023/4/1323（2）DS18B20的“一線制”串行通信協議

DS18B20的“一線制”串行通信協議中所有的命令和數據都必須通過一根信號線進行傳輸,因此，對數據讀、寫時序有非常嚴格的要求。DS18B20主要讀、寫時序包括：初始化時序、讀操作時序、寫操作時序。

DS18B20始終作為從設備，通過其信號線隨時等待和接受MCU傳入的信號。MCU每次讀寫均先完成初始化時序（包括復位和啟動脈沖）。首先在t0時刻，MCU在信號線上發出一個低電平復位脈沖“ResetPlus”（脈沖寬度必須大于480微秒并小于960微秒），接著在t1時刻CPU釋放總線（在信號線上輸出高電平）并進入等待接收狀態，DS18B20在檢測到信號線上的上升沿后，等待15~60微秒，接著在t2時刻發出一個低電平啟動脈沖“PresencePlus”（脈沖寬度必須大于60微秒并小于240微秒），在t3時刻上拉電阻將總線電平拉高，完成總線初始化操作。

DS18B20的讀操作包括：讀“0”和讀“1”。首先，由CPU將總線由高電平拉至低電平，并至少保持1微秒的寬度，在此后的15微秒內CPU對總線進行采樣，若為低電平，則讀入的位為“0”；若為高電平，則讀入的位為“1”。讀入連續兩位數據的時間間隔應大于1微秒。第23頁/共26頁2023/4/1324 DS18B20的寫操作包括：寫“0”和寫“1”。首先，CPU將總線由高電平拉至低電平，并在此后的15個微秒內將所需要寫的位送至總線上。DS18B20在CPU將總線由高電平拉至低電平時刻后的15~60微秒內對總線進行采樣，若為低電平，則寫入的位為“0”；若為高電平，則寫入的位為“1”。連續寫入兩位數據的時間間隔應大于1微秒。

DS18B20輸出或輸入（設定報警）溫度用兩個串行8位字節表示：

MSB LSB MSBLSB232221202-12-22-32-4sssss262524第24頁/共26頁2023/4/1325DS18B20若干溫度與其串行數字對照表溫度（℃）數字輸出二進制數字輸出十六進制溫度（℃）數字輸出二進制數字輸出十六進制125000001111101000007D0h0000000000000000000008500000101010100000550h-0.51111111111111