西安通信学院  逄玉台  王团部 

    摘  要：AD590是AD公司利用PN结构正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器，文中介绍了AD590的功能和特性，分析了AD590的工作原理，给出了采用AD590设计的数字显示温度计的设计电路及显示方案。 

    关键词：温度传感器；AD590；电流型；测量 

　　AD590是AD公司利用PN结正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器。实际上，中国也开发出了同类型的产品SG590。这种器件在被测温度一定时，相当于一个恒流源。该器件具有良好的线性和互换性，测量精度高，并具有消除电源波动的特性。即使电源在5～15V之间变化，其电流只是在1μA以下作微小变化。

1 AD590的功能及特性

　　AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。根据特性分挡，AD590的后缀以I，J，K，L，M表示。AD590L，AD590M一般用于精密温度测量电路，其电路外形如图1所示，它采用金属壳3脚封装，其中1脚为电源正端V＋；2脚为电流输出端I0；3脚为管壳，一般不用。集成温度传感器的电路符号如图2所示。

    AD590的主特性参数如下： 

    工作电压：4～30V；

    工作温度：－55～＋150℃；

    保存温度：－65～＋175℃；

    正向电压：＋44V；

    反向电压：－20V；

    焊接温度（10秒）：300℃；

    灵敏度：1μA／K。

2 AD590的工作原理

　　在被测温度一定时，AD590相当于一个恒流源，把它和5～30V的直流电源相连，并在输出端串接一个1kΩ的恒值电阻，那么，此电阻上流过的电流将和被测温度成正比，此时电阻两端将会有1mV／K的电压信号。其基本电路如图3所示。

　　图3是利用ΔUBE特性的集成PN结传感器的感温部分核心电路。其中T1、T2起恒流作用，可用于使左右两支路的集电极电流I1和I2相等；T3、T4是感温用的晶体管，两个管的材质和工艺完全相同，但T3实质上是由n个晶体管并联而成，因而其结面积是T4的n倍。T3和T4的发射结电压UBE3和UBE4经反极性串联后加在电阻R上，所以R上端电压为ΔUBE。因此，电流I1为：

    I1＝ΔUBE／R＝（KT／q）（lnn）／R

　　对于AD590，n＝8，这样，电路的总电流将与热力学温度T成正比，将此电流引至负载电阻RL上便可得到与T成正比的输出电压。由于利用了恒流特性，所以输出信号不受电源电压和导线电阻的影响。图3中的电阻R是在硅板上形成的薄膜电阻，该电阻已用激光修正了其电阻值，因而在基准温度下可得到1μA／K的I值。

　　图4所示是AD590的内部电路，图中的T1～T4相当于图3中的T1、T2，而T9，T11相当于图3中的T3、T4。R5、R6是薄膜工艺制成的低温度系数电阻，供出厂前调整之用。T7、T8，T10为对称的Wilson电路，用来提高阻抗。T5、T12和T10为启动电路，其中T5为恒定偏置二极管。

　　T6可用来防止电源反接时损坏电路，同时也可使左右两支路对称。R1，R2为发射极反馈电阻，可用于进一步提高阻抗。T1～T4是为热效应而设计的连接方式。而C1和R4则可用来防止寄生振荡。该电路的设计使得T9，T10，T11三者的发射极电流相等，并同为整个电路总电流I的1／3。T9和T11的发射结面积比为8：1，T10和T11的发射结面积相等。

　　T9和T11的发射结电压互相反极性串联后加在电阻R5和R6上，因此可以写出：

    ΔUBE＝（R6－2 R5）I／3

　　R6上只有T9的发射极电流，而R5上除了来自T10的发射极电流外，还有来自T11的发射极电流，所以R5上的压降是R5的2／3。

　　根据上式不难看出，要想改变ΔUBE，可以在调整R5后再调整R6，而增大R5的效果和减小R6是一样的，其结果都会使ΔUBE减小，不过，改变R5对ΔUBE的影响更为显著，因为它前面的系数较大。实际上就是利用激光修正R5以进行粗调，修正R6以实现细调，最终使其在250℃之下使总电流I达到1μA／K。

3 数字显示温度计的设计

　　AD590具有线性优良、性能稳定、灵敏度高、无需补偿、热容量小、抗干扰能力强、可远距离测温且使用方便等优点。可广泛应用于各种冰箱、空调器、粮仓、冰库、工业仪器配套和各种温度的测量和控制等领域。

　　下面给出用AD590构成数字显示温度计的设计过程。

3．1 测温电路的设计

　　在设计测温电路时，首先应将电流转换成电压。由于AD590为电流输出元件，它的温度每升高1K，电流就增加1μA。当AD590的电流通过一个10kΩ的电阻时，这个电阻上的压降为10mV，即转换成10mV／K，为了使此电阻精确（0．1％），可用一个9．6kΩ的电阻与一个1kΩ电位器串联，然后通过调节电位器来获得精确的10kΩ。图5所示是一个电流／电压和绝对／摄氏温标的转换电路，其中运算放大器A1被接成电压跟随器形式，以增加信号的输入阻抗。而运放A2的作用是把绝对温标转换成摄氏温标，给A2的同相输入端输入一个恒定的电压（如1．235V），然后将此电压放大到2．73V。这样，A1与A2输出端之间的电压即为转换成的摄氏温标。

　　将AD590放入0℃的冰水混合溶液中，A1同相输入端的电压应为2．73V，同样使A2的输出电压也为2．73V，因此A1与A2两输出端之间的电压：

　　2．73－2．73＝0V即对应于0℃。

3．2 A／D转换和显示电路的设计

　　设计A／D转换和显示电路具有两种方案。分述如下：

    （1）用A／D转换器MC14433实现

　　首先将AD590的输出电流转换成电压，由于此信号为模拟信号，因此，要进行数码显示，还需将此信号转换成数字信号。采用MC14433的转换电路如图6所示。此电路的作用是通过A／D转换器MC14433将模拟信号转换成数字信号，以控制显示电路。其中MC14511为译码／锁存／驱动电路，它的输入为BCD码，输出为七段译码。LED数码显示由MC14433的位选信号DS1～DS4通过达林顿阵列MC1413来驱动，并由MC14433的DS1、Q2端来控制“＋”、“－”温度的显示。当DS1＝1，Q2＝1时，显示为正；Q2＝0时，显示为负。

图6 A/D转换和数码显示电路框图

    （2）用ICL7106来实现

　　采用ICL7106的A／D转换及LCD显示电路框图如图7所示。其中，ICL7106是3位半显示的A／D转换电路，它内含液晶显示驱动电路，可用来进行A／D转换和LCD显示驱动。

4 结束语

　　温度传感器的应用范围很广，它不仅广泛应用于日常生活中，而且也大量应用于自动化和过程检测控制系统。

　　温度传感器的种类很多，根据现场使用条件，选择恰当的传感器类型才能保证测量的准确可靠，并同时达到增加使用寿命和降低成本的目的。

参考文献

1．何希才．传感器及其应用电路．电子工业出版社

2．丁镇生．传感器及传感技术应用．电子工业出版社

3．王家桢，王俊杰．传感器与变送器．清华大学出版社下载本文