用MTS102作傳感器的溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

1 檢測(cè)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(cè)電路中。它的溫度系統(tǒng)線性度相當(dāng)高，數(shù)值大約是-2mV/℃。用二極管作為傳感器構(gòu)成溫度檢測(cè)系統(tǒng)需要激勵(lì)電路、補(bǔ)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(jì)，并為滿足傳感器的要求進(jìn)行了優(yōu)化處理的二極管?？蓮V泛用于汽車和工業(yè)產(chǎn)品的溫度檢測(cè)系統(tǒng)。因?yàn)檫@些場(chǎng)合強(qiáng)調(diào)低成本和高精度。當(dāng)溫度從-40～+150℃變化時(shí)，用TO-92標(biāo)準(zhǔn)封裝的這種傳感器的溫度準(zhǔn)確度可達(dá)到±2℃。

1.2 激勵(lì)

二極管最好的激勵(lì)源是電流源。在要求不高的場(chǎng)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(huì)引起顯示的誤差。如果用低電壓電流（如5V）單端供電，這個(gè)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(gè)電流源用于激勵(lì)，另一個(gè)電流源用于補(bǔ)償。

1.3 放大

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

2 電路設(shè)計(jì)

2.1 簡(jiǎn)單測(cè)溫電路 圖1即是一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)溫電路，圖中，采用Motorola的MTS102二極管作溫度傳感器，激勵(lì)和放大電路用Burr-Brown公司的REF200電流源及OPA1013雙運(yùn)放來實(shí)現(xiàn)。REF200的一組100μA的電流源加上R1上，用于電路補(bǔ)償。二極管傳感器MTS102的測(cè)溫信號(hào)加在運(yùn)放OPA1013的正輸入端，補(bǔ)償信號(hào)加在運(yùn)放OPA1013的負(fù)輸入端，放大器輸出VO對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的溫度數(shù)值。由于調(diào)整增益和調(diào)整補(bǔ)償都是通過調(diào)整R2或R1實(shí)現(xiàn)，這將造成二才者相互影響，這是這種簡(jiǎn)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(dǎo)致輸出電壓負(fù)向變化。

要想克服簡(jiǎn)單電路的兩個(gè)缺陷，使得增益調(diào)整和補(bǔ)償調(diào)整相互獨(dú)立，溫度電壓轉(zhuǎn)換也是同相的，可采用圖2所示的具有獨(dú)立調(diào)節(jié)功能的測(cè)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(fù)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(jí)放大器之間加一級(jí)緩沖器是為了減輕傳感器的負(fù)載壓力。調(diào)整時(shí)，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(dāng)需要檢測(cè)兩點(diǎn)的溫差時(shí)，可采用圖3所示的電路。在這個(gè)電路中，兩個(gè)溫度傳感二極管之間的誤差電壓經(jīng)過由雙運(yùn)放組成的儀器放大器放大，并由A2輸出端輸出。這個(gè)儀器放大器由一對(duì)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(shí)，CMR會(huì)超過70dB。在這個(gè)電路中，增益調(diào)節(jié)與調(diào)零可不分先后。