用MTS102作傳感器的溫度檢測電路設(shè)計(jì)

摘要：MTS102是Motorola公司生產(chǎn)的二極管溫度傳感器，文中闡述了以MTS102二極管為傳感器的溫度檢測電路的原理和設(shè)計(jì)方法，并給出了幾個(gè)利用MTS102進(jìn)行溫度測量的應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)實(shí)例。
關(guān)鍵詞：傳感器;溫度檢測;激勵(lì);儀器放大器;MTS102
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(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。

1.1 二極管
　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。可廣泛用于汽車和工業(yè)產(chǎn)品的溫度檢測系統(tǒng)。因?yàn)檫@些場合強(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，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)電壓桿對于電源負(fù)端在15mV以內(nèi)。
2 電路設(shè)計(jì)
2.1 簡單測溫電路
　圖1即是一個(gè)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(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的測溫信號加在運(yùn)放OPA1013的正輸入端，補(bǔ)償信號加在運(yùn)放OPA1013的負(fù)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(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。
2.2 改進(jìn)電路的設(shè)計(jì)
　要想克服簡單電路的兩個(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。在傳感器和后級放大器之間加一級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。