集成溫度傳感器LM94022及其應(yīng)用

lm94022是一種模擬輸出的集成溫度傳感器，主要應(yīng)用于手機(jī)、無(wú)線(xiàn)收發(fā)器、電池管理、汽車(chē)、辦公室設(shè)備及家用電器等。該傳感器主要特點(diǎn)包括工作電壓低，可在1.5v電壓下工作；工作電壓范圍寬—1.5～5.5v；末級(jí)為推挽輸出，有±50μa輸出電流的能力；有四種靈敏度供用戶(hù)選擇；測(cè)量范圍為-50～+150℃；靜態(tài)電流低，典型值為5.4μa；精度（與測(cè)量范圍有關(guān)）：20～40℃為 ±1.5℃；-70～-50℃為±1.8℃；-50～90℃為±2.1℃；-50～150℃為±2.7℃；采用小尺寸so70封裝。

管腳排列與功能

lm94022的管腳排列如圖1所示，各管腳功能如表1所示。

靈敏度選擇端gs0及gs1

lm94022根據(jù)gs0、gs1被施加的不同電平有4種靈敏度供用戶(hù)選擇，如表2所示。用戶(hù)可根據(jù)測(cè)溫的范圍及接口電路的工作電壓的條件來(lái)合理選擇。靈敏度由gs0及gs1的電平確定：高電平要求大于（vdd-0.5v）；低電平要求小于0.5v。

表2 lm94022提供的4種靈敏度（典型值）

lm94022的輸出特性

lm94022的輸出特性如圖2所示，這是測(cè)量溫度與輸出電壓在不同靈敏度時(shí)的特性。由于輸出電壓隨溫度升高而下降，其靈敏度為負(fù)值。在vdd為5v時(shí)，不同靈敏度的幾個(gè)特定溫度值時(shí)的輸出電壓如表3所示（典型值）。

從圖2可看出，其線(xiàn)性度極好，這是線(xiàn)性化后的特性。按表3的數(shù)據(jù)計(jì)算出的靈敏度值與表2給出的典型靈敏度有一些差值。例如，在gs=00時(shí)，-25℃時(shí)的輸出電壓為1168mv，-50℃時(shí)的輸出電壓為1299mv，則其平均靈敏度為-5.24mv/℃；50℃時(shí)的輸出電壓為760mv，75℃時(shí)的輸出電壓為619mv，則其平均靈敏度為5.64mv/℃。表2中g(shù)s=00時(shí)，靈敏度為-5.5mv/℃。

基本應(yīng)用電路

圖3是lm94022的基本應(yīng)用電路。在此電路中，gs0、gs1都接地（低電平），所以靈敏度選擇的是-5.5mv/℃。lm94022一般用作精度要求不高的溫度測(cè)量及控制，其輸出端往往與比較器或微控制器等接口。 若溫度傳感器與控制電路距離較遠(yuǎn)時(shí)，連接線(xiàn)應(yīng)采用屏蔽線(xiàn)。

接電容負(fù)載的電路如圖4及圖5所示。圖4與圖5的差別是負(fù)載電容容量不同：當(dāng)負(fù)載電容cload<1100pf時(shí)，用圖4電路，當(dāng)cload>1100pf時(shí)，用圖5電路。圖5中rs值與cload大小有關(guān)，如表4所示。圖4及圖5中均未畫(huà)出確定靈敏度的gs0及gs1端的連接。

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當(dāng)lm94022直接與adc（或微處理器中的adc）接口時(shí)，開(kāi)始工作時(shí)，lm94022的推挽輸出端能向adc中的cin充電，如圖6所示。

應(yīng)用電路舉例

1 增加關(guān)閉控制功能的電路

lm94022是低功耗器件，為實(shí)現(xiàn)多路溫度測(cè)量，可采用關(guān)閉控制，在斷開(kāi)vdd時(shí)，out端呈高阻抗。可以在lm94022的vdd端接一個(gè)反相器（見(jiàn)圖7）或接一個(gè)兩輸入與門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)關(guān)閉（見(jiàn)圖8）。兩者的區(qū)別是，前者施加高電平時(shí)實(shí)現(xiàn)關(guān)閉；后者是施加低電平時(shí)實(shí)現(xiàn)關(guān)閉。

2 數(shù)字顯示溫度計(jì)

圖9是一種數(shù)字溫度計(jì)，其測(cè)量溫度范圍-40～+125℃。lm94022檢測(cè)的溫度轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)電壓輸出，其輸出電壓直接與帶有adc的微處理器接口，往adc變換后的數(shù)字信號(hào)由微處理器進(jìn)行處理后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的七段碼，送溫度顯示（數(shù)碼管），若采用微處理器對(duì)傳感器作軟件線(xiàn)性補(bǔ)償，可提高測(cè)溫精度。數(shù)字鍵出可輸入報(bào)警溫度給微處理器，若檢測(cè)到的溫度超過(guò)報(bào)警溫度時(shí)，微處理器輸出信號(hào)，使報(bào)警電路發(fā)出聲、光報(bào)警。微處理器的i/o口還可輸出開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，對(duì)溫度實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)控制（這部分在圖9中未畫(huà)出）。

3 簡(jiǎn)易的超過(guò)閾值溫度報(bào)警電路

圖10是一種簡(jiǎn)易的超過(guò)閾值溫度報(bào)警電路。該電路由溫度傳感器、比較器、4.1v基準(zhǔn)電壓源、三極管、蜂鳴器及電阻r1～r5等組成。

電路的工作原理：若lm94022溫度傳感器的靈敏度已設(shè)定，則設(shè)定的閾值溫度tth對(duì)應(yīng)的電壓值vt可以從圖2（或表3）中求出。若先不考慮產(chǎn)生滯后作用的r3的影響，則可以根據(jù)已知的vt值求出r1、r2值（在先確定r1值后求出r2值），vt=4.1v×r2/（r1+r2）。

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為防止溫度在閾值溫度附近因傳感器輸出信號(hào)中存在噪聲電壓影響而使比較器輸出產(chǎn)生振蕩，在比較器電路中加了一個(gè)正反饋電阻r3，則產(chǎn)生一滯后電壓vhys，并且vt值也受r3的影響成為vt2，改進(jìn)的超過(guò)閾值溫度報(bào)警電路溫度特性和輸出波形如圖11所示。

vhys=vt2-vt1，其中vt1、vt2可按下式求出。

vt2=4.1v×r2/（r1+r2//r3）

vt1=4.1v×r2/（r2+r1//r3）

上式中4.1v是基準(zhǔn)電壓值。為減小r3對(duì)vt值的影響，一般r3取值較大（如470kω～2mω）。

基準(zhǔn)電壓4.1v經(jīng)r1、r2分壓后的電壓vt2加在比較器同相端，lm94022測(cè)量溫度輸出的電壓vtemp加在比較器反相端。一旦vtemp

4 簡(jiǎn)易的溫度控制電路

若要控制圖10中的溫度tth基本保持穩(wěn)定（約有±3～±5℃變化），可采用圖12的電路對(duì)tth實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。當(dāng)溫度超過(guò)tth時(shí)，比較器的vout輸出高電平，經(jīng)反相器后輸出低電平，n溝道m(xù)osfet截止，加熱器停止加熱；當(dāng)溫度降到（tth-thys）時(shí)，vout由高電平跳變到低電平，n溝道m(xù)osfet導(dǎo)通，加熱器又加熱，使溫度上升。這樣溫度在tth上下波浪式變動(dòng)