РадиоЛоцман - Все об электронике

Простое измерение температуры микроконтроллером с помощью диода и конденсатора

Использование p-n перехода диода для измерений температуры, как правило, основано на изменении прямого напряжения диода, связанного с температурой коэффициентом 2 мВ/K. Обычно, прежде чем это напряжение можно будет использовать в микроконтроллере, его нужно усилить и оцифровать с помощью АЦП. Менее известен тот факт, что обратный ток диода с p-n переходом имеет хорошую экспоненциальную зависимость от температуры; увеличение температуры примерно на 12 K увеличивает ток утечки вдвое (Рисунок 1). Проще всего измерить ток в столь большом диапазоне значений от двух до трех декад, зарядив и разрядив конденсатор и измерив время или частоту.

Вебинар «Необычное в обычном. Сравнительный анализ современных решений Recom» (27.01.2022)

Обратный ток p-n перехода диода экспоненциально зависит от температуры. Увеличение температуры примерно на 12 K удваивает ток утечки.
Рисунок 1. Обратный ток p-n перехода диода экспоненциально
зависит от температуры. Увеличение температуры
примерно на 12 K удваивает ток утечки.

Микроконтроллер заряжает конденсатор, либо временно используя линию ввода/вывода как выход, либо подключая внутренний подтягивающий резистор RPULLUP, имеющийся в некоторых микроконтроллерах (Рисунок 2а). После заряда этот вывод конфигурируется как высокоимпедансный вход, и конденсатор разряжается током утечки диода (Рисунок 2б). Тогда время разряда будет пропорционально температуре диода. Для некоторых типов диодов экспоненциальное поведение может быть почти идеальным. Необходима калибровка устройства в нижней точке шкалы, поскольку абсолютные значения тока при заданной температуре имеют сильный разброс.

Конденсатор C сначала заряжается через подтягивающий резистор линии вывода-ввода микроконтроллера, сконфигурированной как выход (а). Затем конденсатор разряжается обратным током утечки диода D (б).
Рисунок 2. Конденсатор C сначала заряжается через подтягивающий
резистор линии вывода-ввода микроконтроллера,
сконфигурированной как выход (а). Затем конденсатор
разряжается обратным током утечки диода D (б).

Выбор типа диода и емкости конденсатора требует определенного внимания. Чем меньше p-n переход, тем меньше обратный ток, и тем больше время разряда. Периоды больше нескольких секунд обычно не подходят. Слишком малое значение емкости конденсатора приводит к ошибкам, поскольку начинают сказываться емкости кабеля и p-n перехода самого диода.

Хорошие результаты обычно дают мощные диоды, такие как 1N4001 с емкостью 1 нФ. Время разряда, при комнатной температуре составляющее примерно от 0.3 с до 1 с, при 100 °C падает в миллисекундный диапазон. В схеме также можно использовать p-n переход мощного транзистора.

EDN

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Simple microcontroller-temperature measurement uses only a diode and a capacitor

Изготовление 1-4 слойных печатных плат за $2

Запись вебинара «Микросхемы для защиты цепей питания: ограничители всплесков напряжения и тока, контроллеры горячей замены, идеальные диоды»
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • А ничего, что параллельно диоду-датчику еще включены защитные диоды и ключевые транзисторы в микроконтроллере? Т.е. такой измеритель температуры будет мерить непойми что.
  • Он и так будет мерить не пойми что, пока каждый собранный экземпляр измерителя не будет откалиброван с помощью образцового термометра. Если нужна повторяемость, то эта схема не годится, ИМХО ...