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4.7 半导体及集成温度传感器 热电偶虽然有测温范围宽的优点，但热电势较 低；热敏电阻的工作温度范围窄，但灵敏度高，有 利于检测微小温度变化。但它们的输出都是非线性 的，给使用带来一定的困难。 本节主要介绍半导体温度传感器及集成温度传 感器，这些传感器在一定测温范围内，温度值与输 出量之间呈较严格的线性关系。 一、半导体温度传感器 半导体温度传感器分类： PN结的半导体温度传感器、非结型温度传感器。 PN结半导体温度传感器又可分为： 1、二极管温度传感器 2、晶体管温度传感器 3、集成电路温度传感器； ? 非结型温度传感器主要有： 锗(Ge)单晶、硅(Si)单晶温度传感器。 半导体温度传感器的特点 低温段线性度好、测温精度较高，是常用的测 温传感器。 ? PN结测温传感器是利用半导体材料和器件的某 些性能参数的温度依赖性，实现对温度的检测、控 制和补偿等功能。 1、温敏二极管 PN结正向电压与温度间具有很好的线性关系。 如砷化镓和硅温敏二极管在一定温度范围的温 度表现为良好的线性。 ? 硅二极管用于温度测量具有简单价廉的优点， 但它的一致性较差。 输出电压表示为： 式中：VG为禁带宽度，T为绝对温度。电流一定 时，K为常数。PN结两端的电压与温度成线性关系。 需注意的是：通过PN结的工作电流不能过大， 一般工作电流选在100～300mA内，否则会因工作电 流太大导致二极管自 身温度升高而产生测 量误差。且对不同的 工作电流，温敏二极 管电压—温度曲线有 所不同，但电压—温 度曲线在量程内总呈 线性关系。 2、温敏三极管 硅晶体三极管基极与发射极间电压约有-2mV/℃ 的温度系数。在-50℃～+200℃范围内接近线性。利 用三极管的这种特性可以制成高精度、超小型温度 传感器，它能大批量生产， 价格低廉。利用集成电路 制作工艺，可与放大电路 一起制成集成化温度传感 器，近年来发展很快。 由晶体管特性知道，硅三极管基极与发射极间 电压与绝对温度和集电极电流之间有如下关系： 为硅单晶的禁带宽度； 为与基极偏压有关的常数； 为由基区少数载流子的温度特性决定的常数 为单位电荷 为玻耳兹曼常数 当工作电流IC恒定时，一定范围内，Ube与绝对 温度呈线性关系。温度较高时非线性误差较严重。 基本测量电路 常温下，运放使三极管传感器通过一恒定集电 极电流IC，IC由电源E和电阻RC确定，电容C1和电阻 R1用来消除寄生振荡。 当IC=100uA时，输出电压约在580～620mV。随 着环境温度的变化，也略有变化。 当温度从-40℃变化到+50℃时，Ube从700mV变 化到300mV左右， 三极管温度传感器常用于环境温度变化不大的 领域。 例工业、医疗等领域，作为测温或控温元件。 传感器通常标定精度为土0.1℃，在特殊场合可得到 土0.01℃的标定精度。 二、集成温度传感器 集成温度传感器是把温度传感器（如热敏晶体 管）与放大电路等后续电路，利用集成化技术制作 在同一芯片的功能器件。 集成温度传感器具有以下一些特点： 1、输出信号大，与温度有较好的线性关系； 2、小型化、成本低、使用方便、测温精度高； 集成温度传感器的类型(按输出量不同)： 1、电压型(灵敏度一般为10mV/ ℃) 2、电流型(灵敏度一般为1uA/ ℃) ? 集成温度传感器具有绝对零度时输出电量为零 的特性，利用这一特性可制作成绝对温度测量仪。 由于感温元件与全部其它电路都集中在一个小 芯片上，传感器的功耗及自热效应，工作温度范围 内电路元件的热稳定性，都影响传感器性能，在设 计、工艺和封装上采用适当措施加以克服。 集成温度传感器工作温度范围是-50～150℃， 具体数值因型号和封装形式不同而有所不同。 集成电路温度传感器除了作测温元件外，还常 用于温度补偿元件和温度控制元件。 1、电压型集成温度传感器 1) 四端电压输出型 包括温度敏感部分、参考电压源部分和运放三 部分，典型的产品如NS的AN6701。 AN6701的测量范围为： -10～80℃ ，输出的电 压灵敏度为：110mV/ ℃ 。 输出极性反转的电路 应用电路 2) 三端电压输出型 三端电压输出型集成温度传感器是一种精密易