Датчик температуры микросхема

3. Микросхемы-термодатчики К1019ЕМ1,К1019ЕМ2.

вс, 04/02/2006 - 13:39 — admin

МИКРОСХЕМЫ-ТЕРМОДАТЧИКИ К1019ЕМ1, К1019ЕМ2

Эти микросхемы представляют собой термодатчики с линейной зависимостью выходного напряжения от температуры. Они предназначены для работы в устройствах контроля, измерения и регулирования температуры. Микросхемы оформлены в металлостеклянном корпусе КТ-1-9 с гибкими проволочными лужеными выводами (рис. П1.1); масса прибора - не более 1,5г.

Датчик по свойствам подобен стабилитрону с малым дифференциальным сопротивлением и со стабильным и нормированным плюсовым температурным коэффициентом напряжения (ТКН). Принципиальная схема прибора показана на рис. П1.2. Цоколевка: выв. 1 - подключение цепи калибровки; выв. 2 - плюсовой вывод датчика; выв. 3 - минусовый вывод датчика, корпус микросхемы.

Часто для построения датчика температуры используют свойство р-n-перехода, заключающееся в том, что падение напряжения на нем линейно зависит от его температуры. ТКН р-n-перехода отрицателен и имеет типовое значение 2 мВ/°С.

Недостатком р-п-перехода как датчика температуры является довольно большое дифференциальное сопротивление (25. 30 Ом при токе 1 мА). По этой причине для достижения мало-мальски приемлемых характеристик датчика р-n-переход необходимо питать от стабилизатора тока. Кроме того, ни у одного диода не нормированы ни сам ТКН, ни его стабильность,

что серьезно затрудняет их применение в качестве термодатчиков, особенно в промышленной аппаратуре.

Работа термодатчика К1019ЕМ1 основана на зависимости от температуры разности значений напряжения на эмиттерном переходе Uбэ двух транзисторов с разной плотностью эмиттерного тока. Эта разность Uбэ при заданном соотношении значений площади эмиттера транзисторов и равном токе через них (это и обеспечивает разную плотность тока) оказывается пропорциональной абсолютной температуре кристалла:

Uбэ=кТкlnM/q. Здесь M=S2/S1 - отношение значений площади эмиттера транзисторов VT1 и VT2 (см. схему на рис. П1.2); k - постоянная Больцмана; Тк - абсолютная температура; q - заряд электрона.

На транзисторах VT1, VT2 собран первый дифференциальный усилитель, а на VT9, VT10 - второй, управляемый сигналами первого. Транзисторы VT3 - VT8 образуют два генератора тока, один питает первый дифференциальный усилитель, а другой - второй. На транзисторах VT11 и VT12 собрано "токовое зеркало", служащее динамической нагрузкой второго дифференциального усилителя.

Выходной сигнал с нагрузки второго усилителя через эмиттерный повторитель (VT14) поступает на базу выходного транзистора VT16. Конденсаторы Cl, C2 и резистор R 10 обеспечивают устойчивость работы

Условием баланса первого дифференциального усилителя является равенство значений коллекторного тока транзисторов VT1, VT2. Поскольку площади эмиттерного перехода этих транзисторов различаются в 10 раз, для балансирования усилителя на его вход с резистора R3 должно быть подано напряжение Uбэ=kТк1n10/q.

При питании микросхемы током 1. 5 мА возникает отрицательная ОС по напряжению с выхода усилителя через делитель R2R3R4 на его вход. Эта связь устанавливает на выводах 2 и 3 микросхемы напряжение, пропорциональное разности падений напряжения на эмиттерном переходе транзисторов VT1 и VT2, с коэффициентом пропорциональности (R2 + R3 + R4)/R3.

Поскольку разность Uбэ пропорциональна абсолютной температуре, ей же пропорционально и напряжение на выводах 2 и 3 микросхемы. Таким образом ТКН датчика равен 10 мВ/К; он является здесь и коэффициентом пропорциональности между выходным напряжением датчика и абсолютной температурой.

Для обеспечения высокой линейности преобразования и малого выходного сопротивления микросхемы (менее 1 Ом) усилитель имеет высокий коэффициент усиления - более 40 000.

Основные электрические характеристики датчика:

Выходное напряжение, мВ, при токе питания 1 мА и температуре 298К (25°С). 2952. 3012

263К (-l0'C) для К1019ЕМ1А. 2582. 2682

228К (-45°С) для К1019ЕМ1. 2232. 2332

Предельно допустимый эксплуатационный режим:

На рис. П1.3 и 4 показаны типовые зависимости дифференциального сопротивления микросхем от температуры окружающей среды (при токе питания 1 мА) и тока питания (при температуре окружающей среды 25°С) соответственно. На обоих графиках заштрихованы области технологического разброса для 95 % микросхем. На рис. П1.5 представлена типовая зависимость выходного напряжения (между выв. 2 и 3) от температуры окружающей среды.

Благодаря малому дифференциальному сопротивлению датчика его можно питать от источника напряжения (не менее 10 В) через последовательный резистор, сопротивление которого в килоомах должно быть на 3 кОм меньше значения напряжения Uпит в вольтах.

Но, чтобы в наибольшей степени реализовать возможности микросхемы, ее обычно питают от стабилизатора тока. Типовая схема включения

датчика изображена на рис. П1.6. Генератор тока, собранный на транзисторах VT1, VT2, должен обеспечить ток через микросхему Iпит=1 мА. Ток устанавливают подборкой резистора R3. Отправное значение сопротивления этого рези-

стора (в килоомах) можно рассчитать по формуле: R3=Uпит-l,7 (где Uпит -в вольтах).

С целью повышения точности измерения температуры в микросхеме предусмотрена цепь калибровки. При калибровке датчика подстроенным резистором R4 устанавливают по цифровому вольт-

метру выходное напряжение (в милливольтах) Uвых=10Тк, где Тk -температура в градусах Кельвина. Температуру также необходимо измерять точным термометром.

На рис. П1.7 показана схема термометра, показывающего температуру в градусах Цельсия. Вольтметр PV1 (стрелочный или цифровой) включен в цепь источника образцового напряжения G1. Стрелочный вольтметр для измерения и плюсовой, и минусовой температуры должен иметь шкалу с нулем посредине (в цифровом знак температуры, как правило, устанавливается автоматически). Точность измерения температуры здесь сильно зависит от стабильности образцового напряжения - изменение его на 0,1 % (на 2,7 мВ) вызовет изменение показания на 0,27°С.

Цифровой датчик температуры STLM75.

Цифровой датчик температуры STLM75 представляет собой вариант популярной микросхемы LM75 от STMicroelectronics. Наличие интерфейса I2C позволяет легко интегрировать данный датчик в микроконтроллерные проекты. Предельная простота организации обмена с микросхемой и низкая стоимость делают ее весьма привлекательной для использования.

Линии задания младших битов адреса на шине I2С

По заявлениям производителя, STLM75 оснащена высокоточным температурным сенсором и сигма-дельта АЦП, позволяющим оцифровывать сигнал с разрешением 0.5°C. Точность измерений датчика при этом составляет не хуже чем ±3°C в диапазоне температур от –55°C до 125°C, и ±2°C в диапазоне от –25°C до +100°C. При этом стандартная точность заявлена на уровне разрешения - 0.5°C. Микросхема работоспособна в диапазоне напряжений от 2.7 до 5.5В и выпускается в корпусах TSSOP8 и SO8. Для работы STLM75 не требуется подключение никаких дополнительных компонентов, кроме подтягивающих резисторов I2C.

Температурный датчик использует стандартный протокол обмена по шине I2C, с поддержкой высокоскоростного режима. 3 аппаратных адресных линии позволяют подключать к одной шине до 8 независимых датчиков. Адрес микросхемы на шине выглядит как:

DS7505S+, Датчик температуры

от 5 шт. — 160

от 50 шт. — цена по запросу

Датчик температуры высокой точности DS7505S+ с интерфейсом I2C, энергонезависимой памятью и функцией термостата от Maxim

DS7505S+ – датчик температуры высокой точности может работать как в составе измерительной системы по шине I2C, так и автономно. DS7505S+ отличает целый ряд возможностей, расширяющих области применения. Микросхема имеет 3 бит ячейку адресации по шине I2C. Уникальный адрес позволяет адресовать до восьми микросхем на одной шине. Низкое напряжение питания позволяет применять датчик температуры в устройствах с батарейным питанием. DS7505S+ отличает не только расширенный диапазон температур, высокая точность измерений, но и наличие встроенного термостата. Пороги срабатывания термостата хранятся в энергонезависимой памяти датчика.

Термостат может работать в режиме срабатывания по порогу или с гистерезисом. Термостат может управлять внешними событиями через выход с открытым стоком. Помехоустойчивость микросхемы обеспечивается функцией подавления коротких импульсов до 50нс. Функция таймаута позволяет предотвратить блокировки, присущие двухпроводным интерфейсам.

Отличительные особенности:

• напряжение питания: 1.7. 3.7В;

• диапазон измерения температуры: -55°. +125°С;

• точность измерения (0°. +70°С): ±0.5°C;

• минимальное разрешение: 0.0625°С;

• разрядность АЦП: 9-12 разрядов;

• время преобразования для 9-разрядного режима: 25мс;