Čidlo teploty křemíku bandgap - Silicon bandgap temperature sensor

The křemíkový teplotní senzor bandgap je extrémně běžná forma teplotního senzoru (teploměr ) používané v elektronických zařízeních. Jeho hlavní výhodou je, že může být obsažen v křemíku integrovaný obvod za velmi nízkou cenu. Princip senzoru spočívá v tom, že dopředné napětí a křemík dioda, což může být spojení základna-emitor a bipolární spojovací tranzistor (BJT), je závislá na teplotě, podle následující rovnice:

${ displaystyle V_ {BE} = V_ {G0} vlevo (1 - { frac {T} {T_ {0}}} vpravo) + V_ {BE0} vlevo ({ frac {T} {T_ { 0}}} right) + left ({ frac {nkT} {q}} right) ln left ({ frac {T_ {0}} {T}} right) + left ({ frac {kT} {q}} vpravo) ln vlevo ({ frac {I_ {C}} {I_ {C0}}} vpravo) ,}$

kde

T = teplota v kelvinů,

T₀ = referenční teplota,

PROTI_G0 = bandgap napětí při absolutní nula,

PROTI_BÝT0 = spojovací napětí při teplotě T₀ a aktuální Já_C0,

k = Boltzmannova konstanta,

q = nabíjení na elektron,

n = konstanta závislá na zařízení.

Okruh a Odkaz na bandgap Brokaw

Porovnáním napětí dvou křižovatek při stejné teplotě, ale při dvou různých proudech, Já_C1 a Já_C2, mnoho z proměnných ve výše uvedené rovnici lze vyloučit, což má za následek vztah:

${ displaystyle Delta V_ {BE} = { frac {kT} {q}} cdot ln vlevo ({ frac {I_ {C1}} {I_ {C2}}} vpravo) ,}$

Všimněte si, že křižovatkové napětí je funkcí proudové hustoty, tj. Oblasti proudu / křižovatky, a podobné výstupní napětí lze získat provozováním dvou křižovatek se stejným proudem, pokud má jeden jiný povrch než druhý.

Obvod, který nutí Já_C1 a Já_C2 mít pevný poměr N: 1,^[1]dává vztah:

${ displaystyle Delta V_ {BE} = { frac {kT} {q}} cdot ln left (N right) ,}$

Elektronický obvod, například Odkaz na bandgap Brokaw, který měří ΔPROTI_BÝT lze tedy použít k výpočtu teploty diody. Výsledek zůstává platný až do přibližně 200 ° C až 250 ° C, kdy jsou svodové proudy dostatečně velké, aby narušily měření. Nad těmito teplotami mohou být použity materiály jako karbid křemíku lze použít místo křemíku.

Rozdíl napětí mezi dvěma p-n křižovatky (např. diody ), provozovaný při různých proudových hustotách, je proportional tÓ Absolute tteplota (PTAT).

Obvody PTAT využívající tranzistory BJT nebo CMOS jsou široce používány v teplotních čidlech (kde chceme, aby se výstup lišil s teplotou) a také v referencích napětí pásma a dalších obvodech s kompenzací teploty (kde chceme mít stejný výstup při každé teplotě).^[1][2][3]

Pokud není vyžadována vysoká přesnost, stačí předpětí diody s konstantním nízkým proudem a pro výpočet teploty použít její tepelný koeficient −2 mV / ˚C, vyžaduje to však kalibraci pro každý typ diody. Tato metoda je běžná v monolitických teplotních čidlech.^{[Citace je zapotřebí ]}

Reference

• R. J. Widlar (leden 1967). "Přesný výraz pro tepelnou změnu základního napětí emitoru u bipolárních tranzistorů". Sborník IEEE. 55 (1): 96–97. doi:10.1109 / PROC.1967.5396.

externí odkazy

• Teorie snímání teploty a praktické techniky, Analog Devices
• Přesné monolitické snímače teploty, TI (dříve National Semiconductor)