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双斜率输出的温度感应器电路
积体电路温度感应器设计概念介绍

【作者: Daniel Burton】2002年07月05日 星期五

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不少电路由于结构关系而有可能出现热感应错误。不过,积体电路温度感应器因具备优异的线性表现,因而最适合为有关错误提供直接的类比补偿。例如,当温度上升使放大器偏流也相对增加时,负斜率温度感应器便会为所增加的偏流提供补偿。


但是部分电路的温度系数在某一温度范围内属正数,而在另一温度范度范围内则属负数。 XT 切割晶体振荡器的频率偏移便是其中一个例子,其频率偏移曲线呈抛物线状,中心频率一般都定在25(C。(图一) 的双斜率温度感应器电路由两颗温度感应器组成,一颗的温度系数呈负数倾斜,而另一颗则呈正数倾斜,因此可提供V 形的输出,使双温度系数热感反应可以获得补偿。


《图一 双斜率温度传感器电路应用概念》
《图一 双斜率温度传感器电路应用概念》

在室温的情况下,LM19 (IC1) 的反应函数大约成一直线,其结果为:(


《公式一》
《公式一》

在上述公式中,T 表示温度,单位为(C。LM61 (IC2) 的反应函数成一直线,如(公式二),显示两个温度感应器的输出重叠一起,以组成一个整体的反应,确保可以为负及正的温度系数提供补偿。


《公式二》
《公式二》

《图二 两个温度传感器的输出重迭》
《图二 两个温度传感器的输出重迭》

(图二)显示上述两线,其交接点(TINT) 的温度为58.55(C。由于LM19 与LM61 基本上不会汇集电流(不超过10(A),因此两颗晶片的输出电压(VOUT)以较高者为感应器电路的输出电压,令输出曲线呈V 形状,而交接点(TINT) 则为其最低点。


若要利用这款电路为双温度系数感应器电路提供补偿,最好能确保 V 形曲线的最低点与需要补偿的热感反应的最高点在同一温度出现。若需将TINT 点调低至所需的温度水平(例如25(C),便需利用R1-R2 分压器为LM61 添加另一补偿电压Vos,以致LM61 的输出需要以另一新的公式来表达:


《公式三》
《公式三》

只要确保(公式一)与(公式三)的数值相等,并以所需的 TINT 取代 T,便可算出 Vos 的数值。若 TINT 的温度为 25(C,Vos 的数值则为 0.728V。


所以,R1 及 R2 的数值必须按照下式选择:


《公式四》
《公式四》

由于图一中I1 的数值取决于R1 及R2 的数值,因此为了减低静态电流流经R2 而造成的错误,设定I1 时必须确保I1 远比流经LM61 的静态电流(最高125 (A) 为高。若将I1 设定为静态电流的十倍,便会有以下的结果:


《公式五》
《公式五》

只要解答了(公式四)及(公式五),便可算出R1 及R2 两个变项的数值,结果是R1 = 398 ( 而R2 = 582 (。(图一)内的电路采用360 ( 及560 ( 的标准电阻值,以符合公式5 的要求,而得出的比率为0.636,极为接近公式4 的比率。


最后,设定 R3 的数值时,必须确保 I2 处于 LM4041 参考电压的作业范围之内。 (图三)显示在-25 (C 至85 (C 的温度范围内量度出来的双斜率温度感应器电路的输出。在整个温度范围内,平均错误为25.4 mV (约2.5 (C),最高错误为46.4 mV (4.6 (C) ,显示这条曲线呈V 形,可用来模仿XT晶体振荡器的真实抛物线曲线。



《图三 输出电压 (VOUT) 的量度数》
《图三 输出电压 (VOUT) 的量度数》

结语

尽管这种双斜率输出的温度感应器也可使用正系数与负系数的热敏电阻完成,但是使用积体电路的温度感应器可用最单纯且低成本的电路,达到完全线性的输出。再者,因为积体电路的温度感应器具备低消耗电流的特性,可将整体电路的误差控制到最低的范围,而且不受电源电压变动的影响,这些特性都是热敏电阻所无法达到的。 (作者为N.S数据转系统部门应用工程师)


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