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用MTS102作傳感器的溫度檢測電路設(shè)計

1 檢測原理

二極管作為溫度傳感器常常用在溫度變化范圍大、精度要求適中的溫度檢測電路中。它的溫度系統(tǒng)線性度相當高，數(shù)值大約是-2mV/℃。用二極管作為傳感器構(gòu)成溫度檢測系統(tǒng)需要激勵電路、補償電路和放大電路。其電路如圖1所示。

差不多任何硅二極管都可用作溫度傳感器，但Motorola公司的MTS102硅溫度傳感是經(jīng)過特殊設(shè)計，并為滿足傳感器的要求進行了優(yōu)化處理的二極管。可廣泛用于汽車和工業(yè)產(chǎn)品的溫度檢測系統(tǒng)。因為這些場合強調(diào)低成本和高精度。當溫度從-40～+150℃變化時，用TO-92標準封裝的這種傳感器的溫度準確度可達到±2℃。

1.2 激勵

二極管最好的激勵源是電流源。在要求不高的場合，也可以用電阻偏置電路。但是，電阻偏置存在的缺陷是電源的變化以及波紋會引起顯示的誤差。如果用低電壓電流（如5V）單端供電，這個問題就更加突出。由于MTS102的工作電流為100μA，因此選用Burr-Brown公司的REF200雙100μA電流源非常適合。其中，一個電流源用于激勵，另一個電流源用于補償。

1.3 放大

在絕大多數(shù)場合，任何精密的運算放大器都能用來處理二極管所采集的溫度傳感信號，速度通常不成問題。當系統(tǒng)供電源為±15V時，可采用低成本、高精度的OPA177；當系統(tǒng)供電采用+5V單電源時，可采用OPA1013雙運算放大器。它們的輸入端相對電源負端為共模輸入狀態(tài)（在單電源供電下指地），輸出端擺動電壓桿對于電源負端在15mV以內(nèi)。

2 電路設(shè)計

2.1 簡單測溫電路 圖1即是一個簡單的測溫電路，圖中，采用Motorola的MTS102二極管作溫度傳感器，激勵和放大電路用Burr-Brown公司的REF200電流源及OPA1013雙運放來實現(xiàn)。REF200的一組100μA的電流源加上R1上，用于電路補償。二極管傳感器MTS102的測溫信號加在運放OPA1013的正輸入端，補償信號加在運放OPA1013的負輸入端，放大器輸出VO對應(yīng)于相應(yīng)的溫度數(shù)值。由于調(diào)整增益和調(diào)整補償都是通過調(diào)整R2或R1實現(xiàn)，這將造成二才者相互影響，這是這種簡單電路存在的缺陷。該電路存在的另一缺陷是溫度-電壓轉(zhuǎn)換是反相的，換句話說，溫度的正向變化導致輸出電壓負向變化。

要想克服簡單電路的兩個缺陷，使得增益調(diào)整和補償調(diào)整相互獨立，溫度電壓轉(zhuǎn)換也是同相的，可采用圖2所示的具有獨立調(diào)節(jié)功能的測溫電路。

從圖2可以看出，二極管傳感器MTS102通過射極跟隨器與放大器負輸入端相連；調(diào)零網(wǎng)絡(luò)與放大器正輸入端相連。在傳感器和后級放大器之間加一級緩沖器是為了減輕傳感器的負載壓力。調(diào)整時，應(yīng)該先調(diào)整R1或R2，校好增益，再調(diào)整RZERO，使系統(tǒng)調(diào)零，其調(diào)整次序不可顛倒。

當需要檢測兩點的溫差時，可采用圖3所示的電路。在這個電路中，兩個溫度傳感二極管之間的誤差電壓經(jīng)過由雙運放組成的儀器放大器放大，并由A2輸出端輸出。這個儀器放大器由一對OPA1013及R1、R2、R3、R4和RAPAN組成。RAPAN用于設(shè)置儀器放大器的增閃。要獲得較高的共模抑制比，R1、R2、R3和R4必須匹配。如果使用1%的電阻，在增益大于50時，CMR會超過70dB。在這個電路中，增益調(diào)節(jié)與調(diào)零可不分先后。