温度传感技术 实验报告.docVIP

大连理工大学 成 绩 教师签字 大 学 物 理 实 验 报 告 院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 200767025 实验台号 实验时间 2008 年 10 月 27 日，第10周，星期 一 第 5-6 节 实验名称 温度传感技术 教师评语 实验目的与要求： 了解P-N结和AD590温度传感器的电路结构及工作原理。 学会测量P-N结和AD590温度传感器的温度特性。 实验原理和内容： P-N结测温元件工作原理及温度特性测试电路 根据半导体物理的理论， 流过晶体管P-N结的电流I 和其两端的电压V 满足一下指数关系 式中， q 为电子电量； k 为波尔兹曼常量； T 是结温（用热力学温标）， 因此晶体管P-N结伏安特性随温度变化如下图所示： P-N结伏安特性测试电路。如图2 所示， 图中所示V1 即为作用在P-N结两端的电压值， V0 值除以取样电阻Rf（1KΩ）后得到流经PN 的电流大小。 P-N结温度特性测试电路。 即P-N结电压随温度变化的电压跟随器 电路如图3 所示。 当把一个阻值为Rc 的负载电阻与P-N结串联后， 接至电压值为Vc 的外加电压时， P-N结的电压随温度的变化情况就可由P-N结伏安特性和与R 有关的负载线的交点对应的电压值所确定。 AD590 集成温度传感器工作原理及温度特性测试电路 AD590 是一种输出电流与温度成正比的集成温度传感器， 其内部电路结构复杂， 故此略去 根据参考文献推导， 在电源电压的作用下， 该电路总的工作电流I0 为 式中， k为波尔兹曼常量， q为电子电量， T为被测温度（绝对温度值）， 在制作过程中， 精确控制R5 和 R6 的阻值， 可使上式转化为 式中， K0 为测温灵敏度常数，一般为℃ 不同温度下 AD590 的伏安特性如图5 所示， 从该图可知， 对于某一确定的温度， 当电源电压大于某一值以后， 可使输出电流几乎不变（或变化极其微小） AD590伏安特性、温度-电流特性测试电路 如图6 所示，， Rf为取样电阻）， 便可得到元件在这一温度下的伏安特性的实验数据。 同理以工作电压为不变量， 改变工作条件温度并测出相应的V0， 就可以获得其温度-电流特性的实验数据 由AD590 做探头的数字温度计工作电路如图7 所示 在图7 中把AD590 首先置于0℃或者室温的恒温条件下， 调节W2Ω 的反馈电阻接在运放电路输出端V0 与反向输入端 “-”之间。 同时将双刀开关拨向右侧， 使得运放电路构成一个电流-电压变换电路 将画有 K 标记的两个黑色接线孔用短线短接 将运放电路输出端 V0 与数字毫伏表（0~200mV）的输入端Vi 用导线相连接 将被测的P-N结接入电路中， 注意正负极性对应。 PN结的另一个红色插头接数字万用表电压输入插孔（2V）， 同时将万用表的COM端接入TS-B型温度传感技术综合实验仪的GND端 至此PN结的电压变换电路完成， PN结两端的电压电流可分别从V1 读得和 V0 除以1KΩ电阻后获得。 在某一恒温条件下， 调节W1 记录不同的Vi 即可测得其伏安特性曲线。 PN结的温度特性测试 将上述电路中， 短路器接至L一侧， 去掉K两端的短接线， 双刀开关拨至左侧， 就可将电路变换成测试PN结温度特性的电压跟随器。 将确定PN结工作状态的Vc和R的值调节至所需的数值后， 可以多次改变温度值而测得其温度特性曲线 AD590温度特性测试 断开电源的状态下， 用数字万用表电阻档测试该部分运放电路输出V0 与 反相输入端“-”之间的电阻值， 并调节“量程调节”旋钮， 使这一电阻值为1KΩ 开启电源， 用数字万用表的20V档测量 AD590 两端的电压值是否为本仪器设计的正常值（9V左右） 确认AD590 两端具有9V 电压之后， 把AD590集成温度传感器以红黑对应接入“AD590”插孔并用数字万用表2V直流电压档接至运放输出V0 和仪器的GND端 完成以上连接后，记下不同温度时数字电压表的读数， 即可得到AD590的电流温度特性曲线 数据记录与处理： 在不同温度下测得的PN结的两端电压和取样电阻两端电压，及计算所得的电流值如下： T=30℃ U2/mV 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 U1/V (0