教你如何用三極管測(cè)量溫度

剛畢業(yè)的時(shí)候，一提到的溫度傳感器，想到的就是DS18B20，很多開(kāi)發(fā)板也都以這個(gè)傳感器為范例，原因更多的應(yīng)該是基于他的單線通信模式，這種通信模式使得 DS18B20 的應(yīng)用非常的簡(jiǎn)單，可以將所有的傳感器串聯(lián)讀取。

另外，這種數(shù)字溫度傳感器，測(cè)量的溫度范圍是—55~125℃，測(cè)溫誤差0.5℃。可編程分辨率9~12位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.0625℃。相較熱電偶傳感器而言可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。然后很多時(shí)候，我們的應(yīng)用并不是需要高精度的測(cè)量溫度，而是需要更低成本的溫度傳感器，這是腦袋里首先想到的 就是熱電偶了，也就是我們常說(shuō)的 NTC。類似一個(gè)小蝌蚪的東西。

但是這個(gè)東西并不是成本最低的，今天我來(lái)初步介紹一個(gè)使用三極管來(lái)測(cè)量大致溫度的方法。雖然測(cè)量精度相對(duì)差一些，但是成本可以達(dá)到1 毛錢了。

我們先來(lái)了解一下組成三極管的PN 節(jié)的特性

硅半導(dǎo)體PN結(jié)的正向?qū)妷壕哂胸?fù)向的溫度特性，這種特性在一定的溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性度，具體來(lái)說(shuō)，在-15~+120°C范圍內(nèi)，硅PN 結(jié)的正向?qū)妷嚎山茲M足以下公式：

其中，Ube為 PN?結(jié)正向?qū)妷?；T為溫度。即，溫度每上升1°C，PN 結(jié)正向?qū)妷杭s下降△V。我曾經(jīng)見(jiàn)過(guò)利用三極管 PN 結(jié)測(cè)量溫度的電路被應(yīng)用在輪轂電機(jī)的內(nèi)部，用來(lái)檢測(cè)電機(jī)的溫度。

具體實(shí)現(xiàn)電路如上所示，此部分電路可裝在電機(jī)內(nèi)部。電源正極可以用電機(jī)霍爾的5V 供電電源，電源負(fù)極可以使用電機(jī)霍爾的地線，對(duì)外僅需引出一個(gè) ADC 采樣端。圖紙中的虛線右側(cè)為溫度采樣電路，左側(cè)為信號(hào)差分放大電路(放大部分也可以省略)。由電路圖所示，溫度采樣電路由3個(gè)三極管組成。采樣點(diǎn) PT 的電壓為：

其中，Vbc（Q1）、Vbc（Q2）、Vbc（Q3）分別為 Q1、Q2、Q3的基極到集電極的電壓。由 PN 結(jié)導(dǎo)通電壓和溫度關(guān)系的公式為基礎(chǔ)，上公式可轉(zhuǎn)換為：

其中，V0（Q1）、V0（Q2）、V0（Q3）分別是Q1、Q2、Q3的起始電壓值；△V 是單位溫度的電壓變化量，△TQ1 ，△TQ2 ， △TQ3分別是Q1、Q2、Q3的溫度變化量。當(dāng)我們假設(shè)Q1、Q2、Q3的起始電壓值（Vo）和溫度變化量（△T）保持一致，公式可等效于：

其中，V0是Q1、Q2、Q3的起始電壓值；△V是單位溫度的電壓變化量；△T是Q1、Q2、Q3的溫度變化量。最后我們使用單片機(jī)的 ADC 接口進(jìn)行采樣就可以了，這個(gè)方案比較麻煩的是針對(duì)某一個(gè)型號(hào)的 PNP三極管進(jìn)行標(biāo)定和曲線擬合，但是沒(méi)辦法，很多消費(fèi)場(chǎng)景我們只能考慮成本，畢竟Code 本身就不"值錢"，而且還是一次性投入。