【正文】 半導(dǎo)體溫度傳感器 接觸型半導(dǎo)體傳感器 熱電阻傳感器有兩大類： ① 、 金屬熱電阻 ― 俗稱熱電阻 （ 熱電阻傳感器 ） ； ② 、 半導(dǎo)體熱電阻 ― 俗稱熱敏電阻 （ 熱敏電阻傳感器 ） 基于熱電阻效應(yīng)： 電阻率隨溫度變化發(fā)生改變的現(xiàn)象 電阻與溫度的關(guān)系 大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度而變化的關(guān)系可由下式表示 Rt=R0[1+α （ tt0） ] 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 對(duì)熱電阻材料的要求 ： ① 電阻溫度系數(shù) α 要盡可能大，且穩(wěn)定； ②電阻率 ρ 要高； ③比熱小，亦即熱慣性?。? ④電阻值隨溫度變化關(guān)系最好是線性關(guān)系； ⑤在較寬的測(cè)量范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)； ⑥良好的工藝性，即特性的 復(fù)現(xiàn)性好 ，便于批量生產(chǎn)。 鉑熱電阻 ：型號(hào)為 WZB， 分度號(hào)為 BA－ 1 R0＝ 46Ω 和 BA－ 2 R0＝ 100Ω 。 鎳熱電阻 在 50～ 2022C范圍內(nèi)，鎳的電阻與溫度的關(guān)系一般可寫成 Rt＝ R0[1＋ At＋ Bt2] 其他熱電阻 ①銦熱電阻②錳熱電阻 ③碳熱電阻 ④鐵熱電阻、鎳熱電阻 常用熱電阻 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 習(xí)題 1 Pt100和 Cu50各代表什么傳感器？ 分別代表鉑電阻熱電式傳感器（ 0度時(shí)電阻值為100Ω ），銅電阻熱電式傳感器 (0攝氏度時(shí)電阻值為 50Ω). 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 熱敏電阻是利用某種 半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度變化而變化的性質(zhì)制成的。熱敏電阻發(fā)展最為迅速，由于其性能得到不斷改進(jìn)，穩(wěn)定性已大為提高，在許多場(chǎng)合下（ 40～＋350℃ ）熱敏電阻已逐漸取代傳統(tǒng)的溫度傳感器。 (3)使用方便 ,電阻值可在 ～ 100kΩ 之間任意選擇 。據(jù)報(bào)道，在 ℃ 的小溫度范圍內(nèi)，其穩(wěn)定性可達(dá) ℃ 的精度。故可用于較惡劣環(huán)境條件；另外由于熱敏電阻材料的遷移率很小，故其性能受磁場(chǎng)影響很小，這是十分可貴的特點(diǎn)。其特性曲線是隨溫度升高而阻值增大 ,其色標(biāo)標(biāo)記為 紅色 。cm圖 半導(dǎo)體熱敏電阻的溫度特性 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 2．負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（ NTC） 電阻值隨溫度升高而下降的熱敏電阻器， 簡(jiǎn)稱 NTC熱敏電阻器。 ① N T C② P T C③ C T R1011021031041051061071080 40 80 1 2 0 1 6 0 2 0 0t / ℃? / ? ① N T C② P T C③ C T R1011021031041051061071080 40 80 1 2 0 1 6 0 2 0 0t / ℃? / ? ② 電阻溫度系數(shù) α t 熱敏電阻的溫度每變化 1℃ 時(shí) ,阻值的相對(duì)變化率 ,單位為 %/℃ 。 B值決定于材料的激活能 ?E， 具有 B=?E／ 2k的函數(shù)關(guān)系，式中 k為波爾茲曼常數(shù)。 001 ln11RBRTT??3 3 0 03 1 0 03 5 0 00 50 1 0 0 1 5 0圖 B常數(shù)的溫度特性 T/186。 它表征熱敏電阻加熱或冷卻的速度 。 熱敏電阻的電阻 溫度特性曲線 1NTC； 2CTR； 34 PTC 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 RT、 RT0——溫度為 T、 T0時(shí)熱敏電阻器的電阻值 B ——NTC熱敏電阻的材料常數(shù)。由測(cè)試結(jié)果表明，不管是由氧化物材料，還是由單晶體材料制成的 NTC熱敏電阻器，在不太寬的溫度范圍（小于 450℃ ）， 都能利用該式 ，它僅是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式。C(1/T) 電阻 /Ω (lnRT) NTC熱敏電阻器的電阻 溫度曲線 如果以 lnRT、 1/T分別作為縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)，則上式是一條斜率為 B，通過(guò)點(diǎn)(1/T， lnRT0)的一條直線，如圖。當(dāng)溫度低于Tp1時(shí)，溫度靈敏度低；當(dāng)溫度升高到 Tp1后，電阻值隨溫度值劇烈增高（按指數(shù)規(guī)律迅速增大）；當(dāng)溫度升到 Tp2時(shí)，正溫度系數(shù)熱敏電阻器在工作溫度范圍內(nèi)存在溫度Tc，對(duì)應(yīng)有較大的 溫度系數(shù)α tp 。 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 α β a b c d Um U0 I0 Im U/V I/mA NTC熱敏電阻的靜態(tài)伏安特性 （ 二 ） 熱敏電阻器的伏安特性 （ U—I） 熱敏電阻器伏安特性表示加在其兩端的電壓和通過(guò)的電流 ， 在熱敏電阻器和周圍介質(zhì)熱平衡 （ 即加在元件上的電功率和耗散功率相等 ） 時(shí)的互相關(guān)系 。 ab段 ：隨電流增加 ,電壓上升變緩 ,曲線呈非線性 ,這一工作區(qū)是非線性正阻區(qū)。 b點(diǎn)處自熱增量為零，自熱溫度等于環(huán)境溫度。這是因?yàn)榱鬟^(guò)電阻器電流很小時(shí)，耗散功率引起的溫升可以忽略不計(jì)的緣故。 它表示熱敏電阻在不同電壓下 ,電流達(dá)到穩(wěn)定最大值所需要的時(shí)間 。圖 。 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 為了在較寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)線性化 ,可采用 模擬電路參數(shù) 設(shè)定法 :把熱敏電阻傳感器接入圖 RT位置上 ,則電路輸出電壓為 3112TREURRR????將 （ ） 式代入上式得 3101 2 011e x p [ ( ) ]REU R BR R T T?? ? ??R1C1CRTR2R3RPU1E ( ＋ 5 V ) 圖 測(cè)量電路原理圖 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 3 121 2 4 32 1 4 6 55 4 3 5l n l n l n1e x p ( ) 2 6xTT T Ts s so f TTRUR U UU E U U U U U UR R I R I R I RkTU U U U R U U m VUq? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?聯(lián)立以上各式及（ ）式 (（改寫為 0011( e x p [ ( ) ] )TTR R B TT??63501 2 4 0l n l nxo f sT T T T TsRUU R IRE BBR U U R U UR R R I T T?? ?? ? ?A 3A 4A 5A 6A 7U1U2U3U4U5UoUxERcRaRbR4R6R5R0R0R0R0Rf 可見，溫度與輸出電壓之間是非線性的，可用對(duì)數(shù)電路和除法器串聯(lián)電路實(shí)現(xiàn)線性化輸出，如圖 。 C的高精度是很困難的 。圖 （ b） 電路的測(cè)溫范圍較大 ,而且對(duì) B常數(shù)一致性的要求也不嚴(yán)格 ,因?yàn)樗鼈兛梢杂?Rs來(lái)適當(dāng)調(diào)整 。 特別適合對(duì)電子儀器或家用電器的 過(guò)熱保護(hù) ,也常用于簡(jiǎn)單的 溫度顯示和 控制 。 分立元件型 PN結(jié)溫度傳感器也存在 互換性 和 穩(wěn)定性 不夠理想的缺點(diǎn)，集成化 PN結(jié)溫度傳感器則把感溫部分、放大部分和補(bǔ)償部分封裝在同一管殼里，性能比較一致而且使用方便。 將 ()式取對(duì)數(shù)并考慮到 ()式 ,得 0l n l n l nD D gk T k T k TU I U B Tq q q ?? ? ? ?第 8章 半導(dǎo)體傳感器 對(duì)上式兩邊取導(dǎo)數(shù) ,得到 PN結(jié)正向壓降對(duì)溫度的變化率為 ln ln lnD DdU k k k kI B TdT q q q q ?? ? ? ?從以上二式得到溫度靈敏度為 0[]gDD UUd U kd T T q??? ? ?() 2/DdU m V KdT ??k= 105eV/K，當(dāng)半導(dǎo)體材料選定為硅，則 Ugo=， 設(shè) UD=， T=300K， η =，則得 0l n l n l nD D gk T k T k TU I U B Tq q q ?? ? ? ?即此條件下，溫度每升高 1℃ ， PN結(jié)正向電壓下降 2mV 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 硅二極管正向電壓的溫度特性如圖 。利用二極管 VD、 R R R3和 RW組成一電橋電路 , 再用運(yùn)算放大器把電橋輸出電信號(hào)放大并起到阻抗變換作用 ,可提 高信號(hào)的質(zhì)量。 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 . 0 1 . 210－ 610－ 410－ 210102383 K355.8300.5255.2223.3176.8124.777.5UBE / VIC / ?A圖 UBE與 IC的溫度特性 ② 溫度特性 第 8章 半導(dǎo)體傳感器 圖 晶體管體溫計(jì)原理圖及測(cè)溫輸出特性 ? A 7 4 83187642XII N VR41 5 0 k ?R17 k ?R21 M ?R56 8 0 k ?R31 0 0 k ?1 0 0 p F－ 7 VR62 M ?－ 7 V輸 出 電 壓D 8 1 1傳 感 三 極 管屏 蔽 線0 10 20 30 40 50－ 0 . 2－ 0 . 4－ 0 . 6－ 0 . 8－ 1 . 0溫度 / ℃輸出電壓 / V( a ) ( b )圖 電子體溫計(jì) 的原理圖及其輸出特性。