自制温度传感器：基于三极管PN结特性

"三极管测温" 本文主要探讨了如何利用三极管，特别是NPN型三极管S9013，作为温度传感器的工作原理和设计思路。半导体PN结，如三极管中的PN结，其正向导通电压与温度之间存在负相关的线性关系，这是基于PN结温度特性的温度检测方案的基础。 1. 温度检测原理 - 温度传感器的核心是硅半导体PN结，当温度升高时，PN结的正向导通电压Ube会下降，遵循公式dUbe/dT=-2.546mV/℃。这一关系在-15℃到120℃的范围内较为线性。 - S9013三极管的B和E极之间的PN结在常温附近具有较高的温度灵敏度和良好的线性度，适合用于温度测量。 - 实际应用中，为了保持测量精度，需确保PN结正向导通电流恒定，以减少电流变化对电压的影响。 - 虽然公式提供了一个理论上的温度系数，但由于半导体制造过程的差异，实际参数可能会有所不同，通常需要进行校准。然而，在实验室条件下，可能无法进行复杂的标定工作。 2. 方案考量 - 市场上有专门的集成温度传感器，包含PN结、恒流源和放大电路，精度和稳定性高，但成本较高且在恶劣环境中易受损。实验选择了成本更低的NPN管S9013作为替代。 - 考虑过使用PNP和NPN管组合，但由于电源限制，最终决定只使用单个NPN管。 - 为了避免使用两个NPN管的PN结压差，因为它们的特性可能存在差异，选择了高精度电位器生成参考电压，以适应差动放大电路的需求，确保参考电压的稳定。 3. 信号放大与处理 - 温度传感器的高灵敏度和线性度简化了信号放大和处理电路的设计，可以实现经济有效的解决方案。 - 差动放大电路被用来放大信号，其输入电阻高，有助于产生稳定的参考电压。 这个实验利用三极管PN结的温度特性，设计了一种简单而实用的温度传感器，通过信号放大电路提取并处理温度变化产生的微小电压变化。这种方法虽然不如专用集成芯片精确，但成本低且易于实现，适合在实验室或对精度要求不那么高的场合使用。