Sensor de temperatura bandgap de silicone - Silicon bandgap temperature sensor

O sensor de temperatura bandgap de silício é uma forma extremamente comum de sensor de temperatura ( termômetro ) usado em equipamentos eletrônicos. Sua principal vantagem é que pode ser incluído em um circuito integrado de silício a um custo muito baixo. O princípio do sensor é que a tensão direta de um diodo de silício , que pode ser a junção base-emissor de um transistor de junção bipolar (BJT), é dependente da temperatura, de acordo com a seguinte equação:

${\ displaystyle V_ {BE} = V_ {G0} \ left (1 - {\ frac {T} {T_ {0}}} \ right) + V_ {BE0} \ left ({\ frac {T} {T_ { 0}}} \ right) + \ left ({\ frac {nkT} {q}} \ right) \ ln \ left ({\ frac {T_ {0}} {T}} \ right) + \ left ({ \ frac {kT} {q}} \ right) \ ln \ left ({\ frac {I_ {C}} {I_ {C0}}} \ right) \,}$

Onde

T = temperatura em Kelvins ,

T ₀ = temperatura de referência,

V _{G 0} = tensão bandgap em zero absoluto ,

V _{BE 0} = tensão de junção na temperatura T ₀ e corrente I _C0 ,

k = constante de Boltzmann ,

q = carga em um elétron ,

n = uma constante dependente do dispositivo.

Circuito de uma referência de bandgap de Brokaw

Ao comparar as tensões de duas junções na mesma temperatura, mas em duas correntes diferentes, I _C1 e I _C2 , muitas das variáveis ​​na equação acima podem ser eliminadas, resultando na relação:

${\ displaystyle \ Delta V_ {BE} = {\ frac {kT} {q}} \ cdot \ ln \ left ({\ frac {I_ {C1}} {I_ {C2}}} \ right) \,}$

Observe que a tensão de junção é uma função da densidade de corrente, ou seja, área de corrente / junção, e uma tensão de saída semelhante pode ser obtida operando as duas junções na mesma corrente, se uma for de uma área diferente da outra.

Um circuito que força I _C1 e I _C2 a ter uma razão N: 1 fixa, dá a relação:

${\ displaystyle \ Delta V_ {BE} = {\ frac {kT} {q}} \ cdot \ ln \ left (N \ right) \,}$

Um circuito eletrônico, como a referência de intervalo de banda de Brokaw , que mede Δ V _BE pode, portanto, ser usado para calcular a temperatura do diodo. O resultado permanece válido até cerca de 200 ° C a 250 ° C, quando as correntes de fuga se tornam grandes o suficiente para corromper a medição. Acima dessas temperaturas, materiais como carboneto de silício podem ser usados ​​em vez de silício.

A diferença de tensão entre duas junções pn (por exemplo, díodos ), operado a diferentes densidades de corrente, é p roportional t o um bsolute t emperatura (PTAT).

Os circuitos PTAT usando transistores BJT ou CMOS são amplamente usados ​​em sensores de temperatura (onde queremos que a saída varie com a temperatura), e também em referências de tensão de bandgap e outros circuitos de compensação de temperatura (onde queremos a mesma saída em todas as temperaturas).

Se a alta precisão não for necessária, é suficiente polarizar um diodo com qualquer corrente baixa constante e usar seu coeficiente térmico de −2 mV / ˚C para o cálculo da temperatura; no entanto, isso requer calibração para cada tipo de diodo. Este método é comum em sensores de temperatura monolíticos.

Referências

links externos

• Teoria de detecção de temperatura e técnicas práticas , dispositivos analógicos
• Sensores de temperatura monolíticos de precisão , TI (anteriormente National Semiconductor)