ad590測溫電路

ad590測溫電路,AD590 是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：
1、流過器件的電流（ mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開
爾文）度數(shù)，即：
=1
T
IT mA/K
式中： T I —流過器件（AD590）的電流，單位為mA；
T—熱力學(xué)溫度，單位為K。
2、AD590 的測溫范圍為-55℃～+150℃。
3、AD590 的電源電壓范圍為4V～30V。電源電壓可在4V~6V
范圍變化，電流T I 變化1mA，相當(dāng)于溫度變化1K。AD590 可以承
受44V 正向電壓和20V 反向電壓，因而器件反接也不會被損壞。
4、輸出電阻為710MW。1 AD590的功能及特性
　　AD590是電流型溫度傳感器，通過對電流的測量可得到所需要的溫度值。根據(jù)特性分擋，AD590的后綴以I，J，K，L，M表示。AD590L，AD590M一般用于精密溫度測量電路，其電路外形如圖1所示，它采用金屬殼3腳封裝，其中1腳為電源正端V＋；2腳為電流輸出端I₀；3腳為管殼，一般不用。集成溫度傳感器的電路符號如圖2所示。

    AD590的主特性參數(shù)如下：
    工作電壓：4～30V；
    工作溫度：－55～＋150℃；
    保存溫度：－65～＋175℃；
    正向電壓：＋44V；
    反向電壓：－20V；
    焊接溫度（10秒）：300℃；
    靈敏度：1μA／K。
2 AD590的工作原理
　　在被測溫度一定時，AD590相當(dāng)于一個恒流源，把它和5～30V的直流電源相連，并在輸出端串接一個1kΩ的恒值電阻，那么，此電阻上流過的電流將和被測溫度成正比，此時電阻兩端將會有1mV／K的電壓信號。其基本電路如圖3所示。

　　圖3是利用ΔU_BE特性的集成PN結(jié)傳感器的感溫部分核心電路。其中T1、T2起恒流作用，可用于使左右兩支路的集電極電流I1和I2相等；T3、T4是感溫用的晶體管，兩個管的材質(zhì)和工藝完全相同，但T3實質(zhì)上是由n個晶體管并聯(lián)而成，因而其結(jié)面積是T4的n倍。T3和T4的發(fā)射結(jié)電壓U_BE3和U_BE4經(jīng)反極性串聯(lián)后加在電阻R上，所以R上端電壓為ΔU_BE。因此，電流I1為：
    I₁＝ΔU_BE／R＝（KT／q）（lnn）／R
　　對于AD590，n＝8，這樣，電路的總電流將與熱力學(xué)溫度T成正比，將此電流引至負(fù)載電阻R_L上便可得到與T成正比的輸出電壓。由于利用了恒流特性，所以輸出信號不受電源電壓和導(dǎo)線電阻的影響。圖3中的電阻R是在硅板上形成的薄膜電阻，該電阻已用激光修正了其電阻值，因而在基準(zhǔn)溫度下可得到1μA／K的I值。

AD590內(nèi)部的電路

　　圖4所示是AD590的內(nèi)部電路，圖中的T1～T4相當(dāng)于圖3中的T1、T2，而T9，T11相當(dāng)于圖3中的T3、T4。R5、R6是薄膜工藝制成的低溫度系數(shù)電阻，供出廠前調(diào)整之用。T7、T8，T10為對稱的Wilson電路，用來提高阻抗。T5、T12和T10為啟動電路，其中T5為恒定偏置二極管。
　　T6可用來防止電源反接時損壞電路，同時也可使左右兩支路對稱。R1，R2為發(fā)射極反饋電阻，可用于進(jìn)一步提高阻抗。T1～T4是為熱效應(yīng)而設(shè)計的連接方式。而C1和R4則可用來防止寄生振蕩。該電路的設(shè)計使得T9，T10，T11三者的發(fā)射極電流相等，并同為整個電路總電流I的1／3。T9和T11的發(fā)射結(jié)面積比為8：1，T10和T11的發(fā)射結(jié)面積相等。
　　T9和T11的發(fā)射結(jié)電壓互相反極性串聯(lián)后加在電阻R5和R6上，因此可以寫出：
    ΔU_BE＝（R₆－2 R₅）I／3
　　R6上只有T9的發(fā)射極電流，而R5上除了來自T10的發(fā)射極電流外，還有來自T11的發(fā)射極電流，所以R5上的壓降是R5的2／3。
　　根據(jù)上式不難看出，要想改變ΔU_BE，可以在調(diào)整R5后再調(diào)整R6，而增大R5的效果和減小R6是一樣的，其結(jié)果都會使ΔU_BE減小，不過，改變R5對ΔU_BE的影響更為顯著，因為它前面的系數(shù)較大。實際上就是利用激光修正R5以進(jìn)行粗調(diào)，修正R6以實現(xiàn)細(xì)調(diào)，最終使其在250℃之下使總電流I達(dá)到1μA／K。
3 數(shù)字顯示溫度計的設(shè)計
　　AD590具有線性優(yōu)良、性能穩(wěn)定、靈敏度高、無需補(bǔ)償、熱容量小、抗干擾能力強(qiáng)、可遠(yuǎn)距離測溫且使用方便等優(yōu)點(diǎn)?？蓮V泛應(yīng)用于各種冰箱、空調(diào)器、糧倉、冰庫、工業(yè)儀器配套和各種溫度的測量和控制等領(lǐng)域。
　　下面給出用AD590構(gòu)成數(shù)字顯示溫度計的設(shè)計過程。
3．1 測溫電路的設(shè)計
　　在設(shè)計測溫電路時，首先應(yīng)將電流轉(zhuǎn)換成電壓。由于AD590為電流輸出元件，它的溫度每升高1K，電流就增加1μA。當(dāng)AD590的電流通過一個10kΩ的電阻時，這個電阻上的壓降為10mV，即轉(zhuǎn)換成10mV／K，為了使此電阻精確（0．1％），可用一個9．6kΩ的電阻與一個1kΩ電位器串聯(lián)，然后通過調(diào)節(jié)電位器來獲得精確的10kΩ。圖5所示是一個電流／電壓和絕對／攝氏溫標(biāo)的轉(zhuǎn)換電路，其中運(yùn)算放大器A1被接成電壓跟隨器形式，以增加信號的輸入阻抗。而運(yùn)放A2的作用是把絕對溫標(biāo)轉(zhuǎn)換成攝氏溫標(biāo)，給A2的同相輸入端輸入一個恒定的電壓（如1．235V），然后將此電壓放大到2．73V。這樣，A1與A2輸出端之間的電壓即為轉(zhuǎn)換成的攝氏溫標(biāo)。

　　將AD590放入0℃的冰水混合溶液中，A1同相輸入端的電壓應(yīng)為2．73V，同樣使A2的輸出電壓也為2．73V，因此A1與A2兩輸出端之間的電壓：
　　2．73－2．73＝0V即對應(yīng)于0℃。
3．2 A／D轉(zhuǎn)換和顯示電路的設(shè)計
　　設(shè)計A／D轉(zhuǎn)換和顯示電路具有兩種方案。分述如下：
    （1）用A／D轉(zhuǎn)換器MC14433實現(xiàn)
　　首先將AD590的輸出電流轉(zhuǎn)換成電壓，由于此信號為模擬信號，因此，要進(jìn)行數(shù)碼顯示，還需將此信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。采用MC14433的轉(zhuǎn)換電路如圖6所示。此電路的作用是通過A／D轉(zhuǎn)換器MC14433將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以控制顯示電路。其中MC14511為譯碼／鎖存／驅(qū)動電路，它的輸入為BCD碼，輸出為七段譯碼。LED數(shù)碼顯示由MC14433的位選信號DS1～DS4通過達(dá)林頓陣列MC1413來驅(qū)動，并由MC14433的DS1、Q2端來控制“＋”、“－”溫度的顯示。當(dāng)DS1＝1，Q2＝1時，顯示為正；Q2＝0時，顯示為負(fù)。

圖6 A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)碼顯示電路框圖

    （2）用ICL7106來實現(xiàn)
　　采用ICL7106的A／D轉(zhuǎn)換及LCD顯示電路框圖如圖7所示。其中，ICL7106是3位半顯示的A／D轉(zhuǎn)換電路，它內(nèi)含液晶顯示驅(qū)動電路，可用來進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換和LCD顯示驅(qū)動。

4 結(jié)束語
　　溫度傳感器的應(yīng)用范圍很廣，它不僅廣泛應(yīng)用于日常生活中，而且也大量應(yīng)用于自動化和過程檢測控制系統(tǒng)。
　　溫度傳感器的種類很多，根據(jù)現(xiàn)場使用條件，選擇恰當(dāng)?shù)膫鞲衅黝愋筒拍鼙ＷC測量的準(zhǔn)確可靠，并同時達(dá)到增加使用壽命和降低本錢的作用。