课程设计--基于PN结的温度测量系统设计

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1、 智能仪器设计基础 课课 程程 设设 计计 报报 告告 论文题目： 基于 1N4007 的温度测量电路设计 学院（系） ： 电子信息与自动化学院 班 级： 学生姓名： 指导教师： - 1 - 基于基于 PN 结的温度测量系统设计结的温度测量系统设计 摘要摘要： 本文给出了一种基于 PN 结的温度测量系统方案。 利用 PN 结正向压降的温度 特性测量环境温度。文章详细介绍了电路中恒流源、放大电路、AD 采样电路、 LCD 液晶的设计方法、硬件连接电路以及软件的编写思路，其中，数据处理部分 详细介绍了线性插值的数据处理方法。 关键字关键字：二极管 温度 非线性校正 正文正文： 一、原理与总体方案

2、1.11.1、二极管（二极管（PNPN 结）结）特性特性： 晶体二极管为一个由 p 型半导体和 n 型半导体形成的 p-n 结，在其界面 处两侧形互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流，并且和 电压成指数关系。 1.1.11.1.1 电流电流- -电压特性电压特性： 理想 PN 结的正向电流 IF 和正向压降 VF 存在如下关系:IF= Is*exp 【-e*Vf/(k*T)】式中,-e 为电子电量;k 为玻耳兹曼常数;T 为绝对温度;Is 为反 向饱和电流,与PN结材料的禁带宽度及温度有关.在此基础上得出PN结的正向电 压 Vf 与热力学温度 T 之间的关系,从而证明半导体 PN

3、结在某个温度范围内是性 能优良的温度传感器。 1.1.21.1.2 温度温度特性：特性： 温度对二极管的性能 有较大的影响，温度升高 时，反向电流将呈指数规 律增加，如硅二极管温度 每增加 8，反向电流将 约增加一倍；锗二极管温 度每增加 12， 反向电流 大约增加一倍。另外，温 度升高时，二极管的正向 压降将减小， 每增加 1， 正向压降 VD 大约减小 2 mV， 即具有负的温度系数。 这些可以从下图所示二极 管的伏安特性曲线上看 出。 据资料介绍:在恒流 模 式 下 ， If=If0,1n=If/If0=0, 有:S=(Vg0-Vf0)/T0-(kB/q)*(1+1nT/T0).因 1n

4、T/T0 是 T 的缓变函数, S 的模随 着 T 增加而上升,但在不宽的温度范围内,S 近似常数。 1.21.2 主要主要电路电路方案分析方案分析： 半导体二极管的温度特性曲线 - 2 - 1.2.11.2.1 恒流源：恒流源： 为保证整个温度测量范围内 PN 结的正向电流恒定，PN 结的正向偏置采 用恒流源驱动。采用三极管的特性和特殊电路，让通过二极管的电流始终在 100uA 左右。 1.2.21.2.2 电桥的设置电桥的设置： 采用电桥连接方式使放大器放大传感器变化电压的差值。电桥通过两个 电阻和二极管并联构成，从而向放大器正负两端输入电压。通过理论分析及 仿真实验研究选择合适的电桥电路参数。 1.2.31.2.3 放大电路的设置放大电路的设置： PN 结的结电压变化是一个微弱信号， 结电压在温度每变化 1 度时大约变 化 2mv 左右，所以需要进行放大后才能被后续电路处理。采用三运放高共模 抑制比放大电路，放大电桥两端的差模信号。设计中可采用三个独立的运放 来构成放大电路，也可采用仪用放大器 AD620，根据电路实