当前课程知识点：集成传感器 > 第三章 > 第3节 PN结温度传感器 > 3-3 PN结温度传感器
这一小节我们来介绍
pn结温度传感器
pn结实际上就是一个二极管
利用二极管这样一个简单的器件
我们也可以实现温度传感的功能
我们知道二极管的
电压-电流特性可以由这样一个式子
来描述
对于pn结二极管
当对其施加
正向偏置电压Vd的时候
流过二极管的电流Id
等于Is乘以e^（qVd/kT）
其中Is是二极管的反向饱和电流
它可以写成以下这样一个形式
Is等于B乘以T^η再乘以e^(-qVg0/kT)
在这样一个式子中
qVgo是半导体材料的禁带宽度
B和η与器件的结构、材料
和工艺条件有关
对于pn结二极管的
电压-电流关系式我们两边取对数
就可以得到
Vd等于kT/q再乘以log(Id/Is)
把这个式子进行一个简单的变换
把刚才Is的表达式代入进来以后
得到这样一个式子
VD等于右边这一长串
这样一个式子
我们把这个式子的两边
对温度T进行微分
然后进行变换
我们就可以得到这样一个式子
也就是
pn结二极管正向偏置的电压
与温度之间的关系
我们可以看到这个式子的右边
它只与材料的禁带宽度
正向偏压 温度以及η
这个和工艺有关的参数有关
假如我们采用硅材料
来制作pn结二极管温度传感器
那么Vgo等于1.172伏
如果我们正向偏压VD
选用0.65伏 温度为300K
η的一个常用值
我们选择为3.5
这个时候我们就可以得到
每温度变化1摄氏度
相对应的正向偏压
就是负的2个毫伏
这个图就是一个
典型的pn结二极管
它的I-V特性曲线
与温度之间的关系
最右边这条曲线
是温度为75摄氏度
时候的I-V特性曲线
最左边一条
是150度情况下的I-V曲线
可以看到温度越高
整个曲线有向左移的趋势
因此当pn结二极管的前向电流
我们把它固定在某一值的时候
我们可以通过pn结
正向电压的变化
来获得温度的信息
下面这个图就是根据刚才
这几条曲线我们获得的
pn结二极管前向偏置电压
与环境温度的关系曲线
通过对这个曲线进行线性拟合
我们就可以得到
对这样一个实际的pn结二极管
温度传感器
它的温度灵敏度为
负的1.75毫伏每摄氏度
与我们刚才用一些典型参数
获得的负2毫伏每摄氏度
是非常相近的
使用pn结制作温度传感器
工艺非常简单 成本非常低
使用非常的方便
但是它也有很多的缺点
首先对于不同材料制作的pn结
其正向偏压的温度系数是不同的
而且不是常数
与工艺结构等参数都有关系
由于工艺的分散性
使得即使是相同材料
相同批次的二极管温度传感器
它的性能也有一定的离散性
使得这种传感器的互换性
会比较差
此外 由于pn结温度传感器
利用其正向偏压进行温度检测
当温度升高时
半导体材料产生本征激发现象
所以说这类材料的最高检测温度
受到一定的限制
对于硅材料而言 它一般只能工作到
200摄氏度以内
-第1节 什么是传感器
-第2节 什么是集成传感器
-第3节 集成传感器的应用
-第4节 硅材料与半导体物理简介
-第5节 半导体器件简介
-第1节 集成力传感器
-第2节 集成压阻压力传感器
-第3节 电容式力传感器
-第二章--习题
-第1节 温度传感器简介
-第2节 硅热敏电阻
-第3节 PN结温度传感器
-第4节 双极型晶体管温度传感器
-第5节 热电传感器
-第三章--习题
-第1节 湿度传感器简介
-第2节 湿度的定义与检测方法
-第3节 多种原理的集成湿度传感器-1
-第4节 多种原理的集成湿度传感器-2
-第四章--习题
-第1节 磁传感器简介
-第2节 霍尔效应
--5-2 霍尔效应
-第3节 霍尔传感器的设计
-第4节 霍尔传感器的示例
-第五章（上）--习题
-第5节 磁电阻传感器
-第6节 磁敏二极管
-第7节 磁敏三极管
-第五章（下）--习题
-第1节 光波与光传感器简介
-第2节 光电导效应与光敏电阻
-第3节 光敏二极管和三极管-1
-第六章（上）--习题
-第4节 光敏二极管和三极管-2
-第5节 光电池
--6-5 光电池
-第6节 图像传感器
-第六章（下）--习题
-第1节 气体传感器概述
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-第2节 气体传感器分类及性能指标
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-第3节 接触（催化）燃烧式气体传感器
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-第4节 电阻式金属氧化物半导体传感器
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-第5节 电化学式气体传感器
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-第6节 MOSFET型气体传感器
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-第7节 集成气体传感器实例和未来
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-第七章（下）--习题
-讨论一
-讨论二
-讨论三
-第一部分 引言与智能传感器
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-第二部分 无线传感网络、总结与展望
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-第八章--习题
-讨论一
-讨论二
-讨论三
