基于AD590的課程設(shè)計

1、目錄目錄- 1 -摘要：- 1 -關(guān)鍵詞：- 1 -1 引言- 1 -2 溫度傳感器特性及檢測研究實驗- 1 -2.1 設(shè)計目的- 1 -2.2 設(shè)計所需的芯片原理- 1 -2.2.1 AD590的內(nèi)部原理：- 1 -2.2.2 AD590的工作原理- 1 -2.3 設(shè)計所需的儀器- 1 -2.4 設(shè)計步驟- 1 -2.5 實驗數(shù)據(jù)- 1 -2.6 繪圖分析- 1 -2.7 數(shù)據(jù)分析及結(jié)論- 1 -3 集成溫度傳感器的應(yīng)用的探討- 1 -4 集成溫度傳感器兩種輸出型比較- 1 -5 設(shè)計心得與體會- 1 -參考文獻- 1 -致謝- 1 - 8 -集成溫度傳感器的特性集成溫度傳感器的特性摘要：了

2、解常用的集成溫度傳感器AD590的基本原理，然后，設(shè)計電路檢測流過AD590的電流I與溫度的T的線性關(guān)系，畫出其擬合曲線，分析非線性誤差。最后，討論電流輸出型和電壓輸出型集成溫度傳感器的優(yōu)缺點。關(guān)鍵詞：集成溫度傳感器 線性關(guān)系 擬合曲線 非線性誤差1 引言集成溫度傳器將溫敏晶體管與相應(yīng)的輔助電路集成在同一芯片上，它能直接給出正比于絕對溫度的理想線性輸出，一般用于50150之間測量，溫敏晶體管是利用管子的集電極電流恒定時，晶體管的基極發(fā)射極電壓與溫度成線性關(guān)系。為克服溫敏晶體管Ub電壓生產(chǎn)時的離散性、均采用了特殊的差分電路。集成溫度傳感器有電壓型和電流型二種，電流輸出型集成溫度傳感器，在一定溫度

3、下，它相當于一個恒流源。因此它具有不易受接觸電阻、引線電阻、電壓噪聲的干擾。具有很好的線性特性。本實驗采用的是國產(chǎn)的AD590。它只需要一種電源（4V30V）。即可實現(xiàn)溫度到電流的線性變換，然后在終端使用一只取樣電阻（本實驗中為R2）即可實現(xiàn)電流到電壓的轉(zhuǎn)換。它使用方便且電流型比電壓型的測量精度更高。2 溫度傳感器特性及檢測研究實驗 2.1 設(shè)計目的1.了解常用的集成溫度傳感器AD590的內(nèi)部原理及基本的工作原理。2.設(shè)計電路檢測AD590輸出的電壓U與溫度的T的線性關(guān)系。3.討論電流輸出型和電壓輸出型集成溫度傳感器的優(yōu)缺點。 2.2 設(shè)計所需的芯片原理 2.2.1 AD590的內(nèi)部原理：AD

4、590 的內(nèi)部簡化電路如圖所示。該傳感器由多個晶體管和電阻組成,其中晶體管制作在一個半導體單面基片上,因此它們的特性、損耗和發(fā)射極面積能夠相互匹配。整體分析,該電路可看作由兩個鏡象電流源構(gòu)成。其中,晶體管Q1和Q2組成上鏡象電流源, Q3 和Q4 組成下鏡象電流源。如果設(shè)上鏡象電路的輸出是Q3 的輸入,則Q4 的輸入是上鏡象電路的輸出。圖1 AD590簡化原理圖設(shè)各晶體管為理想晶體管(即它們的電流放大系數(shù)趨于無窮大),則知 （1）由于鏡像電流源和的作用，。因此 （2）結(jié)理想伏安特性表達式為 （3）對晶體管而言，上式中的即為發(fā)射極電流；為集電極-發(fā)射極反向飽和電流；為基極與發(fā)射極之間的電壓；為溫

5、度的電壓當量(即)，為電子電荷，為波爾茲曼常數(shù), 為熱力學溫度。當溫度在之間時，近似在之間。硅管約為，因此。則（3）可改寫為，即 （4）所以， ，有圖知 （5）所以 （6）由于Is正比于各晶體管的發(fā)射極的面積S，所以（6）可改寫為 （7）,分別為晶體管,的發(fā)射極面積。若，則，因此 （8） 所以 （9）由上式知，當電阻R2的阻值給定時，I0/T為一恒定值。適當選取值R2，可使I0/T等于 （K為熱力學溫度單位）。由上面的分析知，AD590的輸出電流I0與它所處的熱力學溫度T成線性關(guān)系，因此實現(xiàn)了溫度到電流強度的線性變換。保持電源電壓穩(wěn)定,分別使AD590 處于一系列不同的溫度點 ,通過測量得出相

6、應(yīng)的輸出電流。對所得的數(shù)據(jù)點用最小二乘法進行擬合,可得經(jīng)驗公式 (10) 2.2.2 AD590的工作原理如圖為AD590 的外形電路，在制造時按K氏度標定，即在0C時,AD590的電流為273uA，溫度每增加1K氏度，電流隨之增加1uA。AD590相當于恒流源，和一電阻串聯(lián)即將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，為了精確起見還應(yīng)有一電位器串入，如果串入1K電阻，溫度每變化1K，電壓變化1mV，且與溫度的變化成正比，即轉(zhuǎn)換當量1mV/K。當電源電壓在V=4uV30V之間時，其電流將隨溫度的大小而線性變化。由于電源電壓的變動亦會影響AD590電流輸出，但隨電源電壓的變大，其電壓變動所造成的影響將變小，因此建

7、議采用較高電源電壓，AD590對溫度T的端電流關(guān)系式為： (11) (12)可見電壓輸出V（T）與溫度T呈線性關(guān)系圖2 AD590外形電路圖 2.3 設(shè)計所需的儀器溫度控制器，加熱源，溫度模塊，數(shù)顯單元，萬用表 2.4 設(shè)計步驟1、將主控箱上總電源關(guān)閉，把主控箱中溫度檢測與控制單元中的恒流加熱電源輸出與溫度模塊中的恒流輸入連接起來。2、將溫度模塊中的溫控Pt100與主控箱的Pt100輸入連接起來。3、將溫度模塊中左上角的AD590接到a、b上（正端接a，負端接b），再將b、d連接起來。4、將主控箱的+5V電源接入a和地之間。5、將d和地與主控箱的電壓表輸入端相連（即測量1K電阻兩端的電壓）。6

8、、開啟主電源，將溫度控制器的SV窗口設(shè)定為50（設(shè)置方法見附錄2），以后每隔5設(shè)定一次，即t=5，讀取數(shù)顯表值，將結(jié)果記錄在表中。7、根據(jù)表中數(shù)據(jù)計算AD590的非線性誤差。 2.5 實驗數(shù)據(jù)實驗數(shù)據(jù)記錄如下：50556065707580859095100105325329335340343349354359364370375380325329335340343349354359364370375380其中,2.6 繪圖分析圖3 集成溫度傳感器AD590特性線以上數(shù)據(jù)均在保持電源電壓穩(wěn)定情況下測得,整理數(shù)據(jù)，對所得的數(shù)據(jù)點用最小二乘法進行擬合,可得經(jīng)驗公式 ； （13）由MATLAB做出擬合曲

9、線，且得出 p = 1.0049 274.0373 rl= 0.0251即有 （14）且知AD590的非線性誤差即線性度為0.0251，線性度越接近0，數(shù)據(jù)的線形越好， 值已接近0，表明各個數(shù)據(jù)點很好的在一條直線上。2.7 數(shù)據(jù)分析及結(jié)論由得出的數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出，AD590相當于一個274.0370uA的恒流源，串聯(lián)一個1k的電阻將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，當溫度變化1時，電壓變化1mV，由此可見電壓和溫度之間有良好的線性關(guān)系。3 集成溫度傳感器的應(yīng)用的探討集成溫度傳感器在生產(chǎn)生活中具有非常廣泛的應(yīng)用前景。各種電子產(chǎn)品如空調(diào)，冰箱等，工業(yè)上的溫控應(yīng)用也很普遍，科研上也有它較廣泛的應(yīng)用。隨著集成溫

10、度傳感器精度的不斷改進，其在精度測量與控制方面有著廣泛的應(yīng)用前景。4 集成溫度傳感器兩種輸出型比較集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。電流輸出型傳感器（AD590)的靈敏度為1A/。它的輸出電流精確地正比于絕對溫度，可以作為精確測溫元件。可實現(xiàn)溫度到電流源的轉(zhuǎn)換，使用方便，不易受接觸電阻、引線電阻、電壓噪聲的干擾，除適用于多點溫度測量外，特別適用于遠距離溫度測量和控制AD590只需要一個電源(+4V+30V)，即可實現(xiàn)溫度到電流源的轉(zhuǎn)換，使用方便。AD590的校準精度可達0.5，當其在常溫區(qū)范圍內(nèi)校正后，測量精度可達0.1電壓輸出型的靈敏度一般為 10 mVK ，溫度0時輸出為

11、0，溫度25時輸出2.982 V。電壓輸出型溫度傳感器在長距離溫度遙測和遙控應(yīng)用中易產(chǎn)生電壓信號損失和噪聲干擾的問題。 5 設(shè)計心得與體會這學期我們學習了感測技術(shù)這門應(yīng)用性較強的課程。主要應(yīng)用各種類型的傳感器進行實際應(yīng)用，測試技術(shù)是測量和實驗的技術(shù)，涉及到測試方法的分類和選擇，傳感器的選擇、標定、安裝以達到人們的要求。對于一個應(yīng)用強較強的課程或技術(shù)，理解它的最好方式就是通過親自動手做實驗來加深對課本上感測技術(shù)中涉及到的傳感器。因此實驗就在整個課程學習過程中顯得尤為重要。并且在動手實踐之前必須做好充分的準備，即對所涉及到的傳感器的原理、工作方式進行深刻的理解。我們小組做了對集成溫度傳感器的性質(zhì)的

12、探索驗證設(shè)計。主要所應(yīng)用集成溫度傳感器的工作中樞就是AD590。在開始進行實驗時，對這個器件的工作原理的資料進行了全面的搜集、整理并對它的工作原理和在我們實驗所需的模塊中的工作方式進行了簡單的分析。由于我們所做的實驗的電路圖并不復(fù)雜，在電路連接方面還算比較順利。我們的實驗?zāi)K中的控制溫度變化的加熱器件出現(xiàn)了問題，加熱的一個金屬端脫離了器件影響了傳感器對溫度的檢測，出現(xiàn)的結(jié)果就是加熱器件的實際溫度與模塊中的溫度監(jiān)測裝置顯示的溫度出現(xiàn)了嚴重的偏差。最終的影響就是無法獲得所需要的溫度數(shù)據(jù)。好在在老師的指導下我們很快就查出了問題并及時解決了。這件事給我們最大的教訓就是在實驗前除了要準備好實驗所涉及的理

13、論知識，更為重要的就是對試驗器件的檢查，挑出已壞的，避免因以損害的器件影響實驗和浪費時間。 另外一個問題就是對所獲得數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)理論的整理，我們不知道對數(shù)據(jù)的分析應(yīng)從那些角度，應(yīng)用什么樣的參數(shù)來說明，繪制特性曲線時應(yīng)采用什么方法。其中最為困難的就是對實驗數(shù)據(jù)或曲線的誤差分析，它涉及了誤差分析與處理的知識，不知道對于一個曲線應(yīng)從哪些方面對它進行數(shù)學上的分析和修正。經(jīng)歷了一周左右的時間，我們的課程設(shè)計已接近尾聲了。我們以小組的形式進行了各個實驗的探索驗證。以小組的形式鍛煉了每個人的合作能力和與團隊共同參與交流的能力，這正是當代大學生所欠缺的基本素質(zhì)；其次就是鍛煉大家的仔細和耐心，實驗過程中難免會出現(xiàn)錯誤和意外狀況，這就要求同學們能否在遭遇挫折的時候能否耐下心來仔細的查出電路連接或元器件的錯誤；再次豐富了大家的視野，給大家提供一個綜合多個學科知識的應(yīng)用的機會。例如本次試驗中涉及到的模電、感測技術(shù)、誤差分析與處理、MATLAB等知識。這些知識貫穿了實驗自始至終到后續(xù)處理；最后大家學會從理論過渡到實際，學會應(yīng)自身所學的知識去解決實際問題，從實際中加深對理論的更深一層的理解。進一步鞏固知識，體會到本門課程的實際應(yīng)用。提高自己動手操作的和分