一种基于硅基二极管与NTC热敏电阻的线性测温电路的制作方法

本发明涉及一种基于硅基二极管与ntc热敏电阻的线性测温电路，属于温控电路测量领域。

背景技术：

针对kbr卫星工作的特点，总体对kbr-gnss分系统温控提出了较高的要求。主处理终端负责分系统各单机的温度采集功能，通过遥测发送给卫星总体，以便实现对各单机的实时温控。主处理终端要实现系统0.03℃的测温，就需要高精度的测温电路。目前常规的测温电路基于铂电阻、硅基二极管、ntc、ptc等手段的温度测量电路，这些传统的测温手段属于非线性测温，在进行电压量放大时，测量温度误差会随之变大，测温曲线需要进行软件补偿，无法满足高精度温度测量要求。其中：

铂电阻的测温公式为：r(t)＝r0(1+at+bt²)，采用恒流源测温方式；

ntc热敏电阻的测温公式为：采用桥式电阻网络进行测温；

ptc热敏电阻的测温公式为：采用分压电阻网络或恒流源进行测温；

硅基二极管测温采用恒流源测温。

传统的温度测量技术不论是铂电阻、ntc热敏电阻、ptc热敏电阻还是硅基二极管均有非线性项。铂电阻的具有二次方项，ntc和ptc均为指数关系，硅基二极管的i0随温度变化为指数关系，这些非线性项严重影响着测量精度，不适合作为高精度测温的手段。本项目利用硅基二极管和ntc热敏电阻的测温原理，提出了一种基于硅基二极管和ntc热敏电阻的高精度线性测温电路。该电路简单易用、成本小，输出电压与温度呈线性关系且斜率可调。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：针对目前现有温度测量技术均为非线性测量，提出了一种高精度线性测温电路。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种基于硅基二极管与ntc热敏电阻的线性测温电路，包括基准源模块、温控指数电压源模块、二极管测温模块、运放放大模块、焊盘模块，其中：

基准源模块：向温控指数电压源模块发送可调基准电压信号；

温控指数电压源模块：接收基准源模块发送的可调基准电压信号，并转化为由ntc热敏电阻控制的与温度呈指数关系的电压源信号，并发送至二极管测温模块；

二极管测温模块：接收温控指数电压源模块发送的指数电压源信号并转换成由ntc热敏电阻控制的与温度呈指数关系的电流源信号，对硅基二极管电流-电压对数曲线进行线性校正，同时生成与温度呈线性关系的电压信号并发送至运放放大模块；

运放放大模块：将二极管测温模块发送的电压信号进行放大，输出至焊盘模块；

焊盘模块：接收运放放大模块的输出电压信号，进行输出。

所述基准源模块包括电容c7、基准电压源芯片n1、电阻r1、电阻r3，所述电容c7两端分别与基准电压源芯片n1的vbg端口、cap端口相连，基准电压源芯片n1的comm端口接地，基准电压源芯片n1的v+端口连接至正电源，基准电压源芯片n1的strobe端口悬空，所述电阻r1一端与基准电压源芯片n1的2.5v端口相连，另一端接地，所述基准电压源芯片n1的10.0v端口、5.0v端口引脚均连接于电阻r3一端，电阻r3另一端分别与基准电压源芯片n1的2.5v端口相连。

所述温控指数电压源模块包括电阻r4～r6、热敏电阻r2及四运放芯片n2的a部分，其中，四运放芯片n2包括a、b、c三部分，a部分包括正端口、负端口、outa端口、v+端口、v-端口，c部分包括正端口、负端口、outc端口，b部分包括正端口、负端口、outb端口，电阻r5一端与基准电压源芯片n1的2.5v端口相连，电阻r5另一端分别与四运放芯片n2中a部分的负端口及热敏电阻r2一端相连，热敏电阻r2另一端与四运放芯片n2中a部分的outa端口、电阻r4一端相连，电阻r4另一端与二极管测温模块相连，电阻r6一端与四运放芯片n2中a部分的正端口连接，另一端接地，四运放芯片n2的v+端口、v-端口分别连接至正负外接电源。

所述二极管测温模块包括硅基二极管v1、电阻r8、电阻r7、四运放芯片n2的c部分，电阻r4另一端分别与四运放芯片n2中c部分的负端口、硅基二极管v1阴极相连，硅基二极管v1阳极分别与四运放芯片n2中c部分的outc端口、电阻r8一端相连，另一端与运放放大模块相连，四运放芯片n2的中c部分的正端口与电阻r7相连，电阻r7另一端接地。

所述运放放大模块包括电阻r9、电阻r10、四运放芯片n2的b部分，四运放芯片n2中b部分的正端口与电阻r8另一端相连，四运放芯片n2中b部分的负端口分别与电阻r9、电阻r10一端相连，电阻r9另一端接地，四运放芯片n2中b部分的outb端口与电阻r10另一端。

焊盘模块包括焊盘xb4、焊盘xb5，焊盘xb4连接至四运放芯片n2中b部分的outb端口，焊盘xb5单独接地并用于对焊盘xb4进行指数校正。

所述基准电压源芯片n1型号为ad584。

所述四运放芯片n2型号为op470。

所述热敏电阻r2型号为mf6-6-3900-3k-10％。

所述硅基二极管v1型号为1n4148。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明提供的基于硅基二极管与ntc热敏电阻的线性测温电路，利用ntc热敏电阻和基准电压源产生一个由ntc热敏电阻控制的自然指数的电流源，用于驱动二极管，同时利用ntc热敏电阻控制的指数电流源作为硅基二极管的前向导通电流，将二极管的电压与电流的自然对数关系，校正成线性关系，从而实现线性测温，产生的温度电压曲线的斜率可以通过热敏电阻、反馈电阻，参考电压等手段调节，方便精度和量程的转换，测温精度高，电路稳定。

附图说明

图1为发明提供的线性测温电路图连接图；

具体实施方式

一种基于硅基二极管与ntc热敏电阻的线性测温电路，其中，四运放芯片通过不同的引脚与外接器件进行连接构成不同模块，如图1所示，模块包括基准源模块、温控指数电压源模块、二极管测温模块、运放放大模块、焊盘模块，元器件包括基准电压源芯片n1、四运放芯片n2、电容c7、电阻r1、r3～r10、热敏电阻r2、硅基二极管v1，四运放芯片n2包括a、b、c三部分，a部分包括正端口、负端口、outa端口、v+端口、v-端口，c部分包括正端口、负端口、outc端口，b部分包括正端口、负端口、outb端口，其中：

基准电压源芯片n1、四运放芯片n2、电容c7、电阻r1、r3～r10、热敏电阻r2、硅基二极管v1，所述电容c7两端分别与基准电压源芯片n1的vbg端口、cap端口相连，基准电压源芯片n1的comm端口连接至地(0电位)，基准电压源芯片n1的v+端口连接至正电源，基准电压源芯片n1的strobe端口悬空，所述电阻r1一端与基准电压源芯片n1的2.5v端口相连，另一端接地，所述基准电压源芯片n1的10.0v端口、5.0v端口均连接于电阻r3一端，电阻r3另一端分别与基准电压源芯片n1的2.5v端口、电阻r5一端相连，电阻r5另一端分别与四运放芯片n2中a部分的负端口及热敏电阻r2一端相连，热敏电阻r2另一端与四运放芯片n2中a部分的outa端口、电阻r4一端相连，电阻r6一端与四运放芯片n2中a部分的正端口连接，另一端接地，四运放芯片n2的v+、v-端口分别连接至正负外接电源，电阻r4另一端分别与四运放芯片n2中c部分的“负端口、硅基二极管v1阴极相连，硅基二极管v1阳极分别与四运放芯片n2中c部分的“outc端口、电阻r8一端相连，电阻r8另一端与四运放芯片n2中b部分的正端口相连，四运放芯片n2中b部分的“负端口分别与电阻r9、电阻r10一端相连，电阻r9另一端接地，四运放芯片n2中c部分的“正端口与电阻r7相连，电阻r7另一端接地，四运放芯片n2中b部分的“outb端口分别与电阻r10另一端、焊盘xb4相连，焊盘xb5单独接地，用于对焊盘xb4进行指数校正，焊盘xb5作为测温电压0电位的参考输出。

下面结合具体实施例进行进一步说明：

针对测温电路各不同模块，提出具体的元器件连接方式如下：

基准源模块：向温控指数电压源模块发送可调基准电压信号；

包括电容c7、基准电压源芯片n1、电阻r1、电阻r3、电阻r5，电容c7两端分别与基准电压源芯片n1的vbg端口、cap端口相连，基准电压源芯片n1的comm端口连接至地(0电位)，基准电压源芯片n1的v+端口连接至正电源，基准电压源芯片n1的strobe端口悬空，所述电阻r1一端与基准电压源芯片n1的2.5v端口相连，另一端接地，所述基准电压源芯片n1的10.0v、5.0v端口均连接于电阻r3一端，电阻r3另一端分别与基准电压源芯片n1的2.5v端口、电阻r5一端相连。

温控指数电压源模块：接收基准源模块发送的可调基准电压信号，并转化为由ntc热敏电阻控制的与温度呈指数关系的电压源信号，并发送至二极管测温模块；

包括电阻r4～r6、四运放芯片n2的a部分、热敏电阻r2，电阻r5另一端分别与四运放芯片n2的2引脚及热敏电阻r2一端相连，热敏电阻r2另一端与四运放芯片n2中a部分的outa端口、电阻r4一端相连，电阻r6一端与四运放芯片n2中a部分的正端口连接，另一端接地，四运放芯片n2的v+、v-端口分别连接至正负外接电源。

二极管测温模块：接收温控指数电压源模块发送的指数电压源信号并转换成由ntc热敏电阻控制的与温度呈指数关系电流源信号输入二极管，从而对硅基二极管i-v对数曲线的线性进行校正，同时生成与温度呈线性关系的电压信号并发送至运放放大模块；

包括硅基二极管v1、电阻r7、电阻r8、四运放芯片n2的c部分，电阻r4另一端分别与四运放芯片n2中c部分的负端口、硅基二极管v1阴极相连，硅基二极管v1阳极分别与四运放芯片n2中c部分的outc端口、电阻r8一端相连，四运放芯片n2中c部分的正端口与电阻r7相连，电阻r7另一端接地。

运放放大模块：将二极管测温模块发送的电压信号进行放大，输出至焊盘模块；

包括电阻r9、电阻r10、四运放芯片n2的b部分，电阻r8另一端与四运放芯片n2中b部分的正端口相连，四运放芯片n2中b部分的负端口分别与电阻r9、电阻r10一端相连，电阻r9另一端接地，，四运放芯片n2中b部分的outb端口与电阻r10另一端。

硅基二极管的前向导通电压与正向电流、温度、反向饱和电流有关，并呈对数关系。ntc热敏电阻的阻值与温度呈自然指数关系，利用ntc热敏电阻控制i产生一个温控电流源，使用该温控电流源作为硅基二极管的前向导通电流，就可实现vd与t呈线性关系。硅基二极管的前向导通电压随温度变的电压在2mv量级，该电压进行放大，即可进行用于温度测量。线性测温电路的斜率可以通过热敏电阻的b值、反馈电阻，参考电压等手段调节方便精度和量程的转换，操作方便，测量准确。

本发明中所用元器件型号如下：

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。