基于晶體管VBE 的振蕩器測量溫度

模擬 EE 世界失去了一顆明星。Jim 的數(shù)百篇文章、書籍和應(yīng)用筆記是（并將繼續(xù)是）信息、靈感和看到大師輕松解決棘手設(shè)計(jì)難題的喜悅的無底泉源，所有這些都包含在令人愉快的寫作風(fēng)格中。這里介紹的設(shè)計(jì)思想源自他發(fā)表在 AN45測量和控制電路集（夜班尿布和設(shè)計(jì)）第 7 頁的電路之一。

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在他的筆記中，Jim 討論了使用晶體管V BE tempco 作為廉價(jià)溫度傳感器的吸引力，但在實(shí)踐中，它的實(shí)用性如何受到不可預(yù)測的晶體管到晶體管V BE可變性的限制。他解釋了這個(gè)問題如何需要初始傳感器晶體管校準(zhǔn)（如果傳感器需要更換則重新校準(zhǔn)），這在很大程度上抵消了任何預(yù)期的便利和成本節(jié)約。

然后吉姆用一個(gè)巧妙的解決方案挽救了這一天。

Jim 說，事實(shí)證明，雖然隨機(jī)晶體管的恒定電流 V BE不可預(yù)測，但 BJT V BE 隨可變電流的變化是非?？深A(yù)測的。具體來說，它可靠地服從這個(gè)簡單的對數(shù)方程……

V BE = Tabs 198?V LOG 10 (I 1 /I 2 )
其中 Tabs = o開爾文的溫度。因此，當(dāng)用作溫度計(jì)時(shí)……
Tabs = V BE  5050 / LOG 10 (I 1 /I 2 ) = 5050 ?V BE如果 I 1 /I 2 = 10
注意這個(gè)很酷（而且很容易記住）的“50-50”常量！

Jim 在圖 1拓?fù)渲袘?yīng)用了這種關(guān)系，據(jù)說將 10:1 偏置電流周期1置于 Q2 的二極管連接的 NPN 晶體管上，同步整流產(chǎn)生的 198?Vpp / o K AC 波形，然后放大和偏移產(chǎn)生的 DC 以產(chǎn)生0 到 10V = 0 到 100 o C，不需要傳感器晶體管特定校準(zhǔn)，輸出。

圖 1 Jim Williams 的基于 V BE的溫度計(jì)。

我在許多成功的測溫應(yīng)用中使用了“五十分”，并在圖 2的O K 度到微秒振蕩器中提供了這個(gè)想法的新變體。

圖 2振蕩器是溫度計(jì)。

此處的?V BE 電流比由 R3/R4 電阻對（加上 R1+R2 積分器網(wǎng)絡(luò)的一小部分貢獻(xiàn)）設(shè)置為 16:1。這會在 A2 引腳 7 上產(chǎn)生一個(gè)與溫度成比例的ΔV BE 周期性階躍：每當(dāng) A1 比較器切換 Q2 FET 時(shí)，LOG 10 (16)/5050 = 238?V/ O K。我選擇了較大的 16 與 10:1 電流比，以便為運(yùn)算放大器提供更容易處理的信號，并降低一些次要潛在誤差源的重要性。C2 提供正反饋以確保比較器轉(zhuǎn)換快速且干凈。

然后，A2 積分器從?V BE 逐步回到 A1 的 500mV 設(shè)定點(diǎn)，如圖 3所示，在 300 O K = 27 O C時(shí)生成持續(xù)時(shí)間T = 10?s/ O K = 3ms 的對稱半周期超時(shí)。

圖 3溫度計(jì)振蕩器波形。

盡管如 Willams 申請中所述，Q1 傳感器晶體管本身不需要校準(zhǔn)。微調(diào)器 R1 主要用作積分器電容器 C1 和 Vdd 容差的單點(diǎn)補(bǔ)償。一旦調(diào)整好R1，即使更換Q1也無需重新訪問。

溫度計(jì)振蕩器的 0/5V 輸出可通過標(biāo)準(zhǔn)微控制器定時(shí)器硬件方便地轉(zhuǎn)換為數(shù)字溫度讀數(shù)。在1MHz的時(shí)鐘速率下，一個(gè)振蕩半周期T的轉(zhuǎn)換分辨率為0.1 O。

一個(gè)拼寫錯(cuò)誤顯然不知何故溜進(jìn)了吉姆的原理圖。據(jù)說設(shè)置 10:1 電流比并因此應(yīng)為 9:1 電阻比的電阻器對實(shí)際上是 549k/49.9k = 11:1，將設(shè)置 12:1 電流，因此比例因子為214uV/ oK；不是規(guī)定的 198uV。我不知道是否存在修正這個(gè) 8% 小問題的修訂版，但這是一個(gè)簡單的修正，我冒昧地做了。此外，Q1 是不必要的。