模电大作业基于AD590测温电路的设计与分析.docVIP

基于AD590测温电路的设计与分析 摘 要：AD590是AD公司利用PN结正向电流与温度的关系制成的电流输出型双端子温度传感器。本文基于AD590设计了一个测温电路，并根据设计要求调节各项参数指标，使测温电路测温效果达到最佳。同时，本文通过理论计算以及Multisim13仿真，根据计算和仿真的结果探究电路中各项参数对输出结果的影响，并对理论计算和仿真结果之间的误差进行了分析。 关键词：AD590；测温电路；参数指标；理论计算；Multisim13 0 引言 集成温度传感器将温敏晶体管与相应的辅助电路集成在同一块芯片上，能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出，一般用于-55℃~﹢150℃之间的温度测量。温敏晶体管在管子的集电极电流恒定时，其基级发射极电压与温度呈线性关系。集成温度传感器有电压型和电流型两种，电流输出型集成温度传感器在一定的温度T时相当于一个恒流源。因此，它不易受接触电阻、引线电阻、电压噪音的干扰，具有很好的线性特性。 本文采用的AD590，只需要一种电源便可实现温度到电流的线性变换，然后在终端使用一只取样电阻，即可实现电流到电压的转换，它使用方便，并且电流型比电压型的测温精度高。由于仿真软件中并没有AD590，因此采用恒流源可达到相同的效果。 1 AD590 简介 集成温度传感器AD590是一种电流型双端子元件，有“+”，“-”两个有效引脚，给这两个引脚提供电压后，其通过的电流与AD590的温度呈正比，AD590管脚图如图1所示。最后一个引脚为传感器外壳，可悬空或者接地（起屏蔽作用）。 图1 AD590管脚图 1.1 AD590的基本参数 测温范围 -55℃~﹢150℃； 线性电流输出； 线性度好，满刻度范围为±0.3℃； 电源电压范围4~30V，当电源电压在5~10V之间，电压稳定度为1%时，所产生的误差只有±0.01℃； 电阻采用激光修刻工艺，使在﹢25℃（298.2K）时，器件输出298.2； 功率损耗低。 2 设计要求 测量温度范围内0℃~30℃，输出电压上限5V。 电阻用标称值。 给出所选运放型号和管脚图。 AD590管脚图。 对部分或全部电路仿真。 方案提出 本实验所设计的电路由三部分构成，第一部分是直流偏置电路，第二部分是含有AD590的支路，第三部分是含运放的线性放大电路，电路图如图3所示。由于AD590的输出电流，那么要想实现0℃时电路的输出量为0，必须加入直流偏置电路，用于抵消AD590本身所产生的273的直流偏移量。同时，为了实现温度每升高1℃，输出电压的变化量为10mV，又为了使输出电压最大值较大的同时为正值，因此选择将两个运放以电阻耦合的方式连接起来作为线性放大电路，第一级放大电路为反相比例放大电路，第二级放大电路为同相比例放大电路。此时第一级放大电路的输出变化量为10mV/℃，第二级放大电路的输出变化量为100mV/℃，此时当AD590输出的电流量为303时，输出的电压为3V，较为理想。 图2 测温电路原理图 实验中采用的运算放大器为，其管脚图如下图所示。 图3 OP07管脚图 电路参数的选择与理论分析过程 此电路选择±15V的电压源供电，为使5.1V稳压管达到稳压效果又不损毁，需加保护电阻，此电路选择的阻值为1kΩ。又因，则，要使，则。因此，选择的阻值为10kΩ，变位器的阻值为10kΩ，滑片位置为11.32%。由于仿真软件中没有AD590,因此选择直流电流源代替AD590，将直流电流源的初始值设为。 对于右侧线性放大电路，对于第一级放大电路，由运放的虚短虚断特性可得， ，此时选择的阻值为10kΩ，以实现变化1，变化10mV。而为了保证输入级差分放大电路的对称性，需在运放同相输入端接入平衡电阻R’。对于第二级放大电路，同相输入端与第一级放大电路的输出端通过电阻耦合，耦合的电阻为平衡电阻。此时由（其中R2’一端接入反相输入端，一端接地），可设，。由于电路结构略微复杂，因此无法计算两平衡电阻的阻值，需通过具体仿真分析确定。此时电路的温度电压转换当量为100mV/℃，当温度为30℃时，电路输出电压应为3V。 电路仿真 本实验用multisim 13 进行仿真分析，首先，连接电路图。 图4 温度测量电路 首先，将直流电流源置零，对左边电路的参数进行设置。仿真过程中发现，将滑片滑到13.72%处时，左侧直流偏置电路输出电流为272.999，如图5所示。此值最为理想，此时万用表XMM2测得电压值为-2.73V，如图6所示；XMM3测得电压值为-12.704V，如图7所示。XMM3测得的电压值不是-27.3V的原因是OP07的正负饱和电压值为12.7V左右，超出此值运放输出将达到饱和。 接下来，将直流源输出电流