用PN结来测温度?没错,就是晶体管的PN结
❝
简 介: 根据PN结的电流电压方程,可以看到它与PN温度有关,基于此可以用于测量环境或者芯片内部的温度。选择NPN,PNP三极管(2N3906,2N3904)所得到的温度比起普通的PN结更加的精确。本文参照 Accurate Temperateure Sensing with an External PN Junction[1] 给出了设计外部PN结测温所需要的主要的方面。
关键词
: PN结,二极管
01 理论基础
1.1 相关芯片
在 LINEAR TECHNOLOGY[2] 技术文档Accurate Temperature Sensing with a External P-N Junction[6] 给出了 利用外置的PN结测量温度的方案。这类方案中应用到 LTC2974[3] 、 LTC3880[4] 、 LTC3883[5] 这类开关电源中的温度管理中。
这篇文档提到应用PNP型三极管 2N3906[6] 的 b-e PN 结温度特性来测量外部温度。这个三极管在 三极管的耐压与hFE之间是什么关系?[7] 被测量过,说明我手头是存在这款三极管的。
在 博文 利用二极管的P-N结的I-V特性测量Boltzmann常数[8] 利用了 对应的 NPN型( 2N2904[9] )测量了Boltzmann常数,精度在1.4%之内。这也间接证明了利用三极管中的PN结测量温度的实验基础。
1.1.1 提出问题
上面的资料给我们提出了以下问题:
为什么需要借助于三极管中的PN结来测量温度,而不是简单的使用普通的二极管的PN结?
对于PNP,NPN型三极管,究竟哪一种PN结测量温度比较高?
(1)为什么使用三极管?
通常下,直接使用二极管测量V-A特性,会发现它与PN前向偏置电流方程有差别:
下面是在 Forward and Reverse Bias of a PN Junction (Explained) 给出的普通二极管V-A特性曲线。
在 PN Junction Theory for Semiconductor Diodes[10] 中给出了二极管的 I-V 特性曲线:
在 Measurement of Boltzmanns constant[11] 作者D.E Evans展示了使用普通的设备在 TIP29[12] 功率 PNP三极管的 b-e 结上测量 e/k 常数的实验。其中提到,在满足 V的时候,对于普通的PN结中的 多数载流子和表面电流的影响都被基极电流抵消了,因此集电极电流 正好反映了 PN 结电流的内容。
在 Accurate Temperature Sensing with an External P-N Junction[6] 的中间,CHOICE of PN Junction Device一节中也给出了为什么选择 PNP,NPN三极管来测量PN温度的说明:
一些二极管的前向导通电压与温度之间并没有特别大的关系,主要可能是来自于反向Is电流与温度也有关系,这就为什么普通的二极管的电压特性与温度之间是反向的关系,而不是像前面公式中所选择的那样;
三极管中的PN结具有很大的理想因子 ,这对于提高测量精度有利。
(2)NPN 与 PNP
至于使用NPN还是PNP来测量温度,在所能够看到的文献中并没有进行对比。
不过在Accurate Temperature Sensing with an External P-N Junction[6] 对于2N3906(PNP),2N3904(NPN)都表示可以的。
1.2 相关公式
1.2.1 PN结电流方程
:前向电流
:反向饱和电流
:B-E 前向电压
:温度电压
:理想因子
:玻尔兹曼常数
在 的时候,上述公式中的 可以省略:
402 Payment Required
则对应的温度:
如果使用差分电流,也就是分别测量在 两个电流下的对应 ,那么可以获得:
特别是两个电流呈现比例关系: ,则:
402 Payment Required
在最终的温度计算公式中,二极管的反向饱和电流 被消去,就只剩下一个二极管理想因子 。
02 电路设计
2.1 电路布线
※ 总 结 ※
根据PN结的电流电压方程,可以看到它与PN温度有关,基于此可以用于测量环境或者芯片内部的温度。
选择NPN,PNN三极管(2N3906,2N3904)所得到的温度比起普通的PN结更加的精确。本文参照 Accurate Temperateure Sensing with an External PN Junction[6] 给出了设计外部PN结测温所需要的主要的方面。
参考资料
[1]
Accurate Temperateure Sensing with an External PN Junction: https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/an137f.pdf
[2]
LINEAR TECHNOLOGY: https://baike.baidu.com/item/%E5%87%8C%E5%8A%9B%E5%B0%94%E7%89%B9%E5%85%AC%E5%8F%B8/10525125
[3]
LTC2974: https://www.analog.com/en/products/ltc2974.html
[4]
LTC3880: https://www.analog.com/en/products/ltc3880.html#product-overview
[5]
LTC3883: https://www.analog.com/cn/products/ltc3883.html
[6]
2N3906: https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/2n3906-d.pdf
[7]
三极管的耐压与hFE之间是什么关系?: https://blog.csdn.net/zhuoqingjoking97298/article/details/120946851
[8]
利用二极管的P-N结的I-V特性测量Boltzmann常数: https://blog.csdn.net/zhuoqingjoking97298/article/details/107117476
[9]
2N2904: https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/11470/ONSEMI/2N3904.html
[10]
PN Junction Theory for Semiconductor Diodes: https://electricala2z.com/electronics/pn-junction-theory-for-semiconductor-diodes/
[11]
Measurement of Boltzmanns constant: http://pleclair.ua.edu/PH255/papers/Planck-Boltzmann/measure_e-k-2.pdf
[12]
TIP29: https://html.alldatasheet.com/html-pdf/2774/MOSPEC/TIP29/144/1/TIP29.html
-END-
往期推荐:点击图片即可跳转阅读
自制一个ESP8266无人机,还可以爬墙!
分享一波 Altium Designer超全封装库(带3D模型)
选电子工程被劝退,真的没前景了?
详解 | 晶振的构造及工作原理
用PN结来测温度?没错,就是晶体管的PN结相关推荐
- 如何利用PN结来测量温度?
简 介: 根据PN结的电流电压方程,可以看到它与PN温度有关,基于此可以用于测量环境或者芯片内部的温度.选择NPN,PNN三极管(2N3906,2N3904)所得到的温度比起普通的PN届更加的精确.本 ...
- PN结正向压降温度特性的研究
PN结正向压降温度特性的研究 引言 采用不同的掺杂工艺,通过扩散作用,将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体(通常是硅或锗)基片上,在它们的交界面处所形成的空间电荷区,被称为PN结.PN结的基本电 ...
- 未来计算机将具有图像识别 定理证明,[单选] 低温计与高温计所测温度的分界线为()。...
[单选] 低温计与高温计所测温度的分界线为(). 更多相关问题 [单选题]向一个栈顶指针为 HS 链式栈中插入一个 s 所指结点时,则执行( ). A. HS à next =s : B. s à n ...
- c语言ntc程序,NTC热敏电阻测温度 单片机C和汇编源程序
/*---------------------------------------------------------------------*/ /* --- STC MCU Internation ...
- 单片机热敏电阻测温度c语言,51单片机热敏电阻测温程序.doc
//本程序是通过热敏电阻测温度(30c-50c #include #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned ...
- java编写的atm机项目结题报告_java编写的atm机项目结题报告.docx
java编写的atm机项目结题报告 java编写的atm机项目结题报告 篇一:java自动取款机模拟程序报告含源代码 合肥学院 计算机科学与技术系 课程设计报告 XX-XX学年第一学期 课学学专指 业 ...
- 沁恒CH582M开发板-5-ADC(热敏传感器测温度)
硬件准备: 源地CH582M核心板开发板 RISC-V沁恒WCH蓝牙BLE5.3双路USB: USB-Typec数据线,面包板,杜邦线(公对母),OLED显示屏,热敏传感器. 软件准备: CH582M ...
- STC单片机测8路NTC测温度
1. 单片机型号:STC15F2K32S2,NTC电阻,内部自带ADC检测ADC, 2. 怎么样把ADC值转为温度是最容易让大家不知从何下手,有查表等思路,但是我自己分析的不是查表,查表速 ...
- 单片机51测温度c语言,基于51单片机的温度检测及显示设计
2.2 软件设计 用C语言进行单片机程序设计,采用结构化程序设计思想:在总体设计中采用"自顶而下"(TOP-DOWN)的方法,在程序设计中采用模块化编程.把整体任务分成一个个子任务 ...
最新文章
- 有段位的管理者,都是怎么管理的?
- Linux NAPI/非NAPI
- 好东西,各城市域名解析测试及网速测试
- 【送书】联邦学习在视觉领域的应用,揭秘2020年AAAI人工智能创新应用奖获奖案例!...
- cv::imread导致段错误_网络诊断举例LSO导致的网络性能问题
- 2018-2019-2 20175223 实验三《敏捷开发与XP实践》实验报告
- asp.net导出excel示例代码
- 使用CLONE TABLE方式实现同region不同可用区的MaxCompute
- SoapUI笔记-使用SoapUI测试WebService服务端
- 设计模式学习笔记——桥接(Bridge)模式
- Pandas 文本数据方法 split()rsplit()
- FAT32,EXFAT,FAT16和FAT12的所有信息
- 图像形态学运算之腐蚀-膨胀篇
- [转]请不要和陌生女人说话
- java--Hibernate实现分页查询
- android layout_width 代码,关于LinearLayout设置权重后width或height不设置0dp的影响说明...
- 【位置推iMessage苹果推送】 软件安装AVPlayerItem(URL: movieUrl) player
- 微步在线安全事件分析:全球数亿主机被FireBall攻陷
- Java:闹钟程序源代码,再也不用担心不能起床了
- 电脑浏览器主页面被恶意劫持无法修改的解决方法