ad594

AD590温度传感器的使用

AD590温度传感器是一种已经IC化的温度感测器，它会将温度转换为电流，在8051的各种课本中经常看到。其规格如下：

1、 度每增加1℃，它会增加1μA输出电流 2、 可测量范围-55℃至150℃ 3、 供电电压范围+4V至+30V

AD590的管脚图及元件符号如下图所示：

AD590的输出电流值说明如下：

其输出电流是以绝对温度零度（-273℃）为基准，每增加1℃，它会增加1μA输出电流，因此在室温25℃时，其输出电流Iout=（273+25）=298μA。

AD590基本应用电路：

注意事项：

1、 Vo的值为Io乘上10K，以室温25℃而言，输出值为10K×298μA=2.98V

2、 测量Vo时，不可分出任何电流，否则测量值会不准。

AD590实际应用电路：

电路分析：

1、 AD590的输出电流I=（273+T）μA（T为摄氏温度），因此测量的电压V为（273+T）μA×10K=（2.73+T/100）V。为了将电压测量出来又务须使输出电流I不分流出来，我们使用电压跟随器其输出电压V2等于输入电压V。

2、 由于一般电源供应教多器件之后，电源是带杂波的，因此我们使用齐纳二极管作为稳压元件，再利用可变电阻分压，其输出电压V1需调整至2.73V

3、 接下来我们使用差动放大器其输出Vo为（100K/10K）×（V2-V1）=T/10，如果现在为摄氏28℃，输出电压为2.8V，输出电压接AD转换器，那么AD转换输出的数字量就和摄氏温度成线形比例关系。

AD590 集成电路温度传感器的特性测量与应用

刘燕,兰志强,林欣悦,赫冀成

摘要：本文详细介绍了研究AD590特性的方法，及AD590温度传感器的测温原理及应用的实验过程。

广告插播信息 维库最新热卖芯片：DS96F175CJ IRFBC30 TL494ID P89C51RD2FA PMBT2907 OAA160 ADSP-21MSP59 CS4344-CZZ DS12885S TDA4860

关键词：集成电路;温度传感器;最小二乘法;温度特性

1引言

集成温度传感器将温敏晶体管与相应的辅助电路集成在同一块芯片上，能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出，一般用于-55℃~±150℃之间的温度测量。温敏晶体管在管子的集电极电流恒定时，其基极发射极电压与温度成线性关系，为克服温敏晶体管vb电压产生时的离散性，采用了特殊的差分电路。集成温度传感器具有电压型和电流型两种，电流输出型集成温度传感器在一定的温度T时相当于一个恒流

源。因此，它不易受接触电阻、引线电阻、电压噪音的干扰，具有很好的线性特性。

本实验采用国产的AD590，它只需要一种电源（4.5~24V）即可实现温度到电流的线性变换，然后在终端使用一只取样电阻，即可实现电流到电压的转换。它使用方便，并且电流型比电压型的测量精度高。

2传感器的特性测量

2.1实验内容

测量AD590在电源电压稳定时，输出电流与温度的关系及不同温度下的伏安特性，采用图1所示电路。

实验中为了测量不同温度下的AD590的特性，必须将AD590用铝外壳保护且引线用绝缘材料封闭，置于恒温水浴中。伏特表测量电阻两端的电压。由于AD590近似于高精度电流源，所以要求伏特表有足够的测量精度，本实验采用了三位半数字电压表测量电压值。对于电阻R，一方面要有足够的有效数字，另一方面其压降又要使伏特表的读数有足够的有效数字。本实验采用了0.1级电阻箱。数值为200.0，由I=

V/R，即得AD590上的电流值。以温度作为自变量，电流I为因变量，方程为：

2.2数据处理

表1为实验测得的一组数据，显示温度和电流的关系（R=200）。

用最小二乘法进行拟合，通过计算机程序，输入10组实验数据计算得出、和相关系数，程序如图2所

示。

3 测温电路

3.1实验内容

设计一个用AD590精确测量0~100℃范围内温度的电路，为使伏特表的示数正好是摄氏温度的读

数，取R1上的电压与R2上的分压差作为V的输入。测温电路如图3所示。

图3中电阻值根据伏安特性测量时用最小二乘法拟合结果计算得出。电压表的读数△U为：

△U=R1×I-U0R2/（R2+R3）(2) 由式（1）、式（2）联立得： △U=R1+R1-U0R2/（R2+R3）

根据非平衡电桥法测温度必须有以下关系：

R1=1（3）

R1-U0R2/（R2+R3）=0（4）

3.2阻值的选取

选取R1、R2、R3合适的阻值，满足式（3），式（4），具体操作方法如下：

（1）对于R1β=1，由于前面在传感器特性测量中已算出较为准确的值，R1仍然可由计算机程序按照R1=1

计算得出（R1在1k左右）。

（2）对于R1x-U0R2/（R2+R3）=0，注意到该式的物理意义，是AD590在0℃时的输出电流，R1即是在0℃时R1两端的电压，而U0R2/（R2+R3）很明显是R2分得的电压，显然如果将AD590浸于冰水混合物中使其工作在0℃，再调节R2和R3的阻值使电压表显示值为0，即可满足R1x-U0R2/（R2+R3）=0。操作时，选R2与R1相同的阻值再调节R3使电压表显示值为0（R3的值大概在50kΩ左右），此时电桥平衡，R1和R2

两端电压约为273mV，R3阻值为AD590在0℃时该电路的阻值。

（3）开加热电源,仔细观察温度变化情况与数字电压表数值的变化情况,调节R1和R2,使数字电压表读数与温度表读数一致,变化情况也一致（温度升高或降低10℃，电压表的读数与温度表的读数差值不超过0.1℃为成功）。记下此时的R1和R2的值。校准完毕后，可用该温度计测量其他待测物体的温度值。

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。AD590温度传感器不但实现了温度转换为线性化电量测量，而且精确度高、互换性好、应用简单方便，因此，可把输出的电信号经AD卡转换为数字信号，由计算机采集Vi-t的数据，以发挥其实时和准确的特点。把AD590用于改进一部分物理实验，如空气比热容比的测量、金属比热容的测量及液氮汽化热的测量等，都取得了良好的效果。总之，与水银温度计、铜-康热电偶温度计及半导体热敏电阻温度计相比，AD590具有线性好、测温不需参考点及消除电源波动等优点，因此在常温范围内可以取代它们，广泛的应用于科技和工业领域中。ad590测温电路,AD590 是美国模拟器

件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下： 1、流过器件的电流（ mA）等于器件所处环境的热力学温度（开

尔文）度数，即：

=1 T IT mA/K

式中： T I —流过器件（AD590）的电流，单位为mA；

T—热力学温度，单位为K。

2、AD590 的测温范围为-55℃～+150℃。

3、AD590 的电源电压范围为4V～30V。电源电压可在4V~6V 范围变化，电流T I 变化1mA，相当于温度变化1K。AD590 可以承 受44V 正向电压和20V 反向电压，因而器件反接也不会被损坏。

4、输出电阻为710MW。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。

AD590内部的电路

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、T

12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本钱的作用。