第二节 集成温敏传感器
? 将 温敏晶体管 及 外围电路 集成在同一个
芯片上，构成集测量、放大、电源供电
于一体的高性能测温传感器。
按输出信号分三类：
1）电压型,易于直接读出（ A/D） 。
2）电流型,便于远传（变电压后 A/D） 。
3）频率型,便于和数字化器件连接（不用
A/D）。
一,PTAT核心电路
?采用 差分对管电路 （ VT1,VT2).
?由图 a),R1上电压：
△ Ube =kT/q ln(Jc1/Jc2) (5-15)
*VT1和 VT2完全相同时：
Ic1/Ic2 =Jc1/Jc2 有 (5-14)
若使 电流密度 比（ Jc1/Jc2）不变，则：
△ Ube正比于热力学温度 T.
若忽略基极电流，有：
△ Ube=R1Ic2 (5-16)
则 Ic2正比于 T,为使 Jc1/Jc2不变,电流源
Ic1也应该正比于 T，称 PTAT电路。
?供电电源采用电流镜,图 b） 中 VT3,VT4,
保证二者基电极电流相等（ Ic1=Ic2） 。
?实际制作时,Jc1/Jc2 =n,则：
△ Ube=kT/q ln(n) (5-17)
输出电流 Io为：
Io=2 △ Ube/R1 (5-18)
特点,R1的数值和稳定性是关键。
图 c）为电压输出型：
R2kTUo=IR2=-------- ln(n) (5-19)
R1q
二、电流输出型集成温度传感器
? AD590：电压 4-30V;测温范围 -55~150℃ ；
灵敏度 1μA/ ℃ ;25 ℃ (298.20K)时电流
298.20 μA,线性度好,
?封装,
三端 TO和片状封装。
VT1,2为温敏晶体管
发射极面积比,
VT2:VT1=n=8:1
电流输出特性曲线：
?理想的温度灵敏度 1μ A/℃
?两种误差,斜率和平移 。
?校正方法：
（ 1）一点校正,0℃ 或 25℃ 。例如：
25℃ 时，调整 RW，使 UT=298.2 μA
(2) 二点校正, 0℃ 调 RW1,Ut=0V;
100 ℃ 调 RW2,Ut=10V;
三、集成温控开关
?将 测温 -比较 -控制 电路集成一体。
例,AD22105,-40~150℃, 8pins的 DIP
或 SOIC封装。
?设置温度点电阻 Rset见式 5-20所示。
?考虑温度影响，电阻 Rset标称阻值 选择
见式 5-21所示。
?选择金属膜电阻，温漂小。
?有相似的其他产品可以选用，如 Dallas
公司的 DS系列 和 Maxim公司的 Max系列。
第三节 集成磁敏传感器
?两类,1）结构型,根据法拉第电磁感应
原理。只能检测变化，不能检测量，难
小型化。
2）物性型,利用半导体的磁电转
换特型。能检测交直流磁场，灵敏度,
可靠性高。
功能,开关型和线性型
工艺,双极型和 MOS型
一、开关型集成磁敏传感器
1.工作原理
由 5部分构成
图 a.
1) 霍尔元件,0.1T磁场下,输出 20mV(开路 )
或 10mV(负载 ),UH=KHIB (5-22)
2) 差分放大器,放大 UH
3) 整形电路,施密特触发器,将电压 → 脉冲
4) 输出三极管,单管或双管集电极开路 (OC)
5) 电源电路,稳压和恒流,
工作原理,图 5-12
1)初始状态,
B=0; UH=UH1-UH2=0;输出 VT7,VT8截止；
Uc7,Uc8=UOH≈E.
2)1次翻转：
B正向磁场 ; UH=UH1-UH2 ﹥ 0;输出 VT7、
VT8饱和； Uc7,Uc8=UoL﹤ 0.4V.
导通 磁感应强度，记为,B(H→L)
2)1次翻转：
B减小 ; UH=UH1-UH2 ↓;输出 VT7,VT8截
止； Uc7,Uc8=UOH≈E.
截止 磁感应强度，记为,B(L→H)
? 施密特触发器的滞环效应：
△ B= B(H→L) - B(L→H)
抗干扰能力强，无振荡。
二、开关型集成传感器特性
1.磁特性
1) 导通 B(H→L),0.035~0.075T.
2) 截止 B(L→H), 0.01T.
3) 滞环宽度 △ B,一般 0.06T.
2.电特性
1) 输出高电平 UOH.
2) 输出低电平 UOL.
3) 负载电流 IOL.
CS系列磁敏传感器参数见表 5-1
? 3.温度特性,
?应用,接近开关 ;位置开关,键盘开关等
?特点,非接触，灵敏度高，可靠性好。
?线性集成磁敏传感器,输出电压与 B成线
性关系。
三部分,
霍尔元件、差分放大器,射极跟随器
如,CS835。
? 将 温敏晶体管 及 外围电路 集成在同一个
芯片上，构成集测量、放大、电源供电
于一体的高性能测温传感器。
按输出信号分三类：
1）电压型,易于直接读出（ A/D） 。
2）电流型,便于远传（变电压后 A/D） 。
3）频率型,便于和数字化器件连接（不用
A/D）。
一,PTAT核心电路
?采用 差分对管电路 （ VT1,VT2).
?由图 a),R1上电压：
△ Ube =kT/q ln(Jc1/Jc2) (5-15)
*VT1和 VT2完全相同时：
Ic1/Ic2 =Jc1/Jc2 有 (5-14)
若使 电流密度 比（ Jc1/Jc2）不变，则：
△ Ube正比于热力学温度 T.
若忽略基极电流，有：
△ Ube=R1Ic2 (5-16)
则 Ic2正比于 T,为使 Jc1/Jc2不变,电流源
Ic1也应该正比于 T，称 PTAT电路。
?供电电源采用电流镜,图 b） 中 VT3,VT4,
保证二者基电极电流相等（ Ic1=Ic2） 。
?实际制作时,Jc1/Jc2 =n,则：
△ Ube=kT/q ln(n) (5-17)
输出电流 Io为：
Io=2 △ Ube/R1 (5-18)
特点,R1的数值和稳定性是关键。
图 c）为电压输出型：
R2kTUo=IR2=-------- ln(n) (5-19)
R1q
二、电流输出型集成温度传感器
? AD590：电压 4-30V;测温范围 -55~150℃ ；
灵敏度 1μA/ ℃ ;25 ℃ (298.20K)时电流
298.20 μA,线性度好,
?封装,
三端 TO和片状封装。
VT1,2为温敏晶体管
发射极面积比,
VT2:VT1=n=8:1
电流输出特性曲线：
?理想的温度灵敏度 1μ A/℃
?两种误差,斜率和平移 。
?校正方法：
（ 1）一点校正,0℃ 或 25℃ 。例如：
25℃ 时，调整 RW，使 UT=298.2 μA
(2) 二点校正, 0℃ 调 RW1,Ut=0V;
100 ℃ 调 RW2,Ut=10V;
三、集成温控开关
?将 测温 -比较 -控制 电路集成一体。
例,AD22105,-40~150℃, 8pins的 DIP
或 SOIC封装。
?设置温度点电阻 Rset见式 5-20所示。
?考虑温度影响，电阻 Rset标称阻值 选择
见式 5-21所示。
?选择金属膜电阻，温漂小。
?有相似的其他产品可以选用，如 Dallas
公司的 DS系列 和 Maxim公司的 Max系列。
第三节 集成磁敏传感器
?两类,1）结构型,根据法拉第电磁感应
原理。只能检测变化，不能检测量，难
小型化。
2）物性型,利用半导体的磁电转
换特型。能检测交直流磁场，灵敏度,
可靠性高。
功能,开关型和线性型
工艺,双极型和 MOS型
一、开关型集成磁敏传感器
1.工作原理
由 5部分构成
图 a.
1) 霍尔元件,0.1T磁场下,输出 20mV(开路 )
或 10mV(负载 ),UH=KHIB (5-22)
2) 差分放大器,放大 UH
3) 整形电路,施密特触发器,将电压 → 脉冲
4) 输出三极管,单管或双管集电极开路 (OC)
5) 电源电路,稳压和恒流,
工作原理,图 5-12
1)初始状态,
B=0; UH=UH1-UH2=0;输出 VT7,VT8截止；
Uc7,Uc8=UOH≈E.
2)1次翻转：
B正向磁场 ; UH=UH1-UH2 ﹥ 0;输出 VT7、
VT8饱和； Uc7,Uc8=UoL﹤ 0.4V.
导通 磁感应强度，记为,B(H→L)
2)1次翻转：
B减小 ; UH=UH1-UH2 ↓;输出 VT7,VT8截
止； Uc7,Uc8=UOH≈E.
截止 磁感应强度，记为,B(L→H)
? 施密特触发器的滞环效应：
△ B= B(H→L) - B(L→H)
抗干扰能力强，无振荡。
二、开关型集成传感器特性
1.磁特性
1) 导通 B(H→L),0.035~0.075T.
2) 截止 B(L→H), 0.01T.
3) 滞环宽度 △ B,一般 0.06T.
2.电特性
1) 输出高电平 UOH.
2) 输出低电平 UOL.
3) 负载电流 IOL.
CS系列磁敏传感器参数见表 5-1
? 3.温度特性,
?应用,接近开关 ;位置开关,键盘开关等
?特点,非接触，灵敏度高，可靠性好。
?线性集成磁敏传感器,输出电压与 B成线
性关系。
三部分,
霍尔元件、差分放大器,射极跟随器
如,CS835。
