基于AD590四路巡检数字温度计的设计

　1　方案选定

　　设计要求:设计基于AD590的四路巡检数字温度计(1)选用电流输出式精密集成温度传感器AD590检测温度;(2)具有四路巡检功能;(3)具有数字显示功能。该温度检测系统可分为三个部分:温度信号检测及转换部分、四路巡检部分和A/D转换及数字显示部分。系统框图如图1:

　　2　电路设计原理

　　2·1　温度检测及转换部分

　　(1)AD590性能简介

　　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2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3所示。

　　AD590的主特性参数如下:

　　(1)工作电压:(4~30)V;

　　(2)工作温度:(-55~+150)℃;

　　(3)保存温度:(-65~+175)℃;

　　(4)正向电压:+44V;反向电压:-20V;

　　(5)焊接温度(10秒):300℃;

　　(6)灵敏度:1μA/K。

　　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(5~30)V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4所示。

　　图4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)(1nn)/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4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5所示是AD590的内部电路,图中的T1~T4相当于图4中的T1、T2,而T9,T11相当于图4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。