本實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的目標(biāo)是使用集成電路溫度傳感器測(cè)量環(huán)境溫度，這些溫度傳感器提供與絕對(duì)溫度成比例的輸出(電流或電壓)。

使用AD22100測(cè)量溫度

背景知識(shí)

AD22100是一款片內(nèi)集成信號(hào)調(diào)理功能的單芯片溫度傳感器，其工作溫度范圍為-50°C至+150°C，非常適合眾多應(yīng)用。由于內(nèi)置信號(hào)調(diào)理功能，因此無(wú)需任何調(diào)整、緩沖或線性化電路，系統(tǒng)設(shè)計(jì)得以大大簡(jiǎn)化，整體系統(tǒng)成本也會(huì)降低。輸出電壓與溫度和電源電壓成比例，采用5.0 V單電源時(shí)，擺幅范圍為0.25 V (-50°C)至4.75 V (+150°C)。

材料

? ADALM2000主動(dòng)學(xué)習(xí)模塊

? 無(wú)焊試驗(yàn)板和跳線套件

? AD22100溫度傳感器

硬件設(shè)置

對(duì)于溫度測(cè)量，需要將傳感器連接到電源，將輸出連接到示波器。圖2顯示了無(wú)焊試驗(yàn)板上的傳感器連接。

圖1.AD22100溫度傳感器引腳排列。

圖2.AD22100溫度傳感器的試驗(yàn)板連接

光耦合器或光隔離器是一種電子器件，通過(guò)發(fā)射光穿過(guò)其輸入和輸出之間的電氣隔離柵來(lái)傳輸電子信號(hào)。光耦合器的主要目的是防止隔離柵一側(cè)的高電壓或電壓尖峰損壞組件或干擾傳輸?shù)搅硪粋?cè)的信號(hào)。市售光耦合器可以承受3 kV至10 kV的輸入-輸出電壓，以及速度高達(dá)10 kV/μs的電壓瞬變。該器件一般在一端集成紅外LED作為輸入，在另一端集成光電探測(cè)器(例如光電二極管或光電晶體管)，并在兩者之間加設(shè)隔離柵，如圖1所示。當(dāng)LED關(guān)閉時(shí)，也就是不發(fā)光時(shí)，沒(méi)有光電流進(jìn)入晶體管基極，晶體管關(guān)閉。當(dāng)LED中有電流流過(guò)時(shí)，就會(huì)發(fā)光，會(huì)有足夠的光電流進(jìn)入晶體管基極，晶體管開(kāi)啟。

圖1.NPN型晶體管光耦合器。

本實(shí)驗(yàn)的第一步是使用ADALP2000模擬部件套件中的紅外LED和NPN光電晶體管構(gòu)建自己的光耦合器。如果您不使用部件套件來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以使用相似器件來(lái)代替，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)因選擇的器件而異。

首先，將LED和光電晶體管的引線彎曲90°，這樣插入無(wú)焊試驗(yàn)板時(shí)，它們彼此相對(duì)且處于同一高度。為了保證它們正確對(duì)齊，并阻止雜散環(huán)境光進(jìn)入，最好使用短管或切割到合適寬度的黑色絕緣膠帶，纏繞LED和光電晶體管組合體。

程序步驟

打開(kāi)Scopy并啟用5 V正電源電壓。在示波器的通道1上，您將看到傳感器的輸出電壓。要獲得溫度值，需要參考傳感器的數(shù)據(jù)手冊(cè)以獲取輸出電壓函數(shù)。

From the output voltage function given by Equation 1, you can extract the equation for the ambient temperature (TA).

根據(jù)方程1給出的輸出電壓函數(shù)，可以提煉出環(huán)境溫度(TA)的方程。

向示波器添加一個(gè)新的數(shù)學(xué)通道，以便觀測(cè)溫度值。在f(t)中插入方程2，并將M1通道分辨率設(shè)置為10 V/div。啟用示波器的測(cè)量功能。M1的平均測(cè)量值表示實(shí)際環(huán)境溫度。

圖3.輸出電壓和溫度測(cè)量

使用AD592測(cè)量溫度

背景知識(shí)

AD592是一款2端單芯片集成電路溫度傳感器，其輸出電流與絕對(duì)溫度成比例。在寬電源電壓范圍內(nèi)，該器件可充當(dāng)一個(gè)高阻抗、1 μA/K溫度相關(guān)電流源。采用單電源(4 V至30 V)時(shí)，AD592可在較寬的工作溫度范圍(-25°C至+105°C)內(nèi)提供0.5°C的測(cè)量精度。

材料

? ADALM2000主動(dòng)學(xué)習(xí)模塊

? 無(wú)焊試驗(yàn)板和跳線套件

? AD592電流溫度傳感器

? 一個(gè)1 kΩ電阻

硬件設(shè)置

圖4顯示了傳感器引腳排列。ADALM2000只能測(cè)量電壓，因此有必要在傳感器輸出端連接一個(gè)電阻，并應(yīng)用歐姆定律來(lái)計(jì)算電流值。

圖4.AD592電流溫度傳感器引腳排布。

按圖5所示方式進(jìn)行連接。

圖5.AD592試驗(yàn)板連接。

程序步驟

打開(kāi)Scopy并啟用5 V正電源電壓。在示波器的通道1上，您將看到電阻上的電壓。應(yīng)用歐姆定律可得出電流值。

通過(guò)電阻的電流等于通道1上讀取的電壓除以其電阻值。所用電阻為1 kΩ，因此電流的數(shù)值與電壓相同，不過(guò)單位是微安。從傳感器的數(shù)據(jù)手冊(cè)可知，其輸出電流以1 μA/K的比例增加，0°C時(shí)的輸出電流為273 μA。

圖6.AD592的輸出電流與溫度的關(guān)系

知道了這一點(diǎn)，我們就可以應(yīng)用從K到°C的轉(zhuǎn)換公式：

要在示波器工具上顯示溫度，請(qǐng)?zhí)砑右粋€(gè)新的數(shù)學(xué)通道，并使用方程4作為函數(shù)。請(qǐng)記住，通道1電壓以mV為單位，傳感器的輸出電流以μA為單位。這意味著，如果您想在通道M1上獲得溫度，必須將通道CH1上讀取的值減去0.273。

圖7.電阻電壓和溫度測(cè)量