Диодный датчик температуры

[YS]

Люди, подскажите формулу зависимости прямого падения напряжения на кремниевом диоде от абсолютной температуры. А то меня походу на гугле забанили (максимум, что смог выгуглить - что коэффициент 2мВ/К). А то я термометр на диоде делать собрался. А вообще, насколько хорош диод как термодатчик для бытового термометра? Планирую использовать 1N4007. Термометр уличный.

[nik-as]

Люди, подскажите формулу зависимости прямого падения напряжения на кремниевом диоде от абсолютной температуры.

Зачем так всё усложнять? Тебе всего лишь нужно знать ТКН(температурный коэффициент напряжения) диода
это справочный параметр, для кремниевых диодов это в среднем те самые -2мВ/К.
Эффект ТКН и используется в термометрах.

[YS]

Зачем так всё усложнять?

Т.е. U(t)=kt+Uo, где k=0.002В/°C, а Uo - напряжение на диоде, погруженном в смесь воды и льда (если температура в градусах Цельсия)? k лучше тоже померить при известной температуре, или k достаточно постоянен для разных типов диодов?

[andre_ksd]

Для диода идеализированная характеристика имеет вид:

I = I0 * exp(U/(m*UT) - 1)

где:
I0 - обратный ток
UT = kT/e0
k - больцмана постоянная
T - абс. температура
e0 - заряд электрона
m - поправка в диапазоне 1..2

Несложно получить, что U = (ln(I/I0) + 1)*m*k*T/e0.

В действительности все несколько сложней,
I0 так же зависит от температуры.
Результирующий ТКН приблизительно -2.1мВ.

Для измерения температур используют диодное включение транзистора
(коллектор и база вместе), питают его от источника тока.
Чувствительность того же порядка, повторяемость характеристики намного выше.
Навскидку... Посмотри статью "Популярные контактные технологии термометрии", поисковиком найдешь.

P.S. Детский сад

[nik-as]

k достаточно постоянен для разных типов диодов?

У разных диодов он может различаться, но здесь важнее то что в диапазоне температур
от -50 до +100 ТКН имеет линейную характеристику.
А в смесь воды и льда датчик помещается при калибровке для установки ноля.

[YS]

В принципе, идея использовать диод как датчик температуры стара как сами диоды. Однако, столкнувшись с задачей измерения температуры этим способом и изучив доступные публикации, я увидел, что все как-то расплывчато. Все авторы сходятся во мнении, что зависимость от температуры прямого падения напряжения на диоде линейна. На этом единодушие заканчивается. Где-то пишут, что коэффициент постоянен и составляет -2мВ/К, кто-то считает, что его значение есть -2.2мВ/К, а некоторые утверждают, что и вовсе -20мВ/К. Где-то постулируют, что он постоянен для всех диодов, а в других местах советуют калибровать каждый экземпляр в отдельности...

Под впечатлением от всего этого я приступил к самостоятельным изысканиям (которые можно наблюдать в прикрепленном файле), и пришел к противоречию!

Собственно, вопросы - где правда, где почитать теорию по этому поводу и, самое интересное, где я ошибся в выкладках?

Вложения

diode.pdf

(37.59 KiB) Скачиваний: 2659

Последний раз редактировалось YS Чт окт 07, 2010 22:06:19, всего редактировалось 1 раз.

[ARV]

ниасилил

но могу сказать из практики: температурный коэффициент у кремниевого диода порядка -2 мВ/градус, он постоянный в широком диапазоне, т.е. характеристика практически линейна. коэффициент различен для каждого экземпляра диода, но очень близок к указанной величине. калибровка требуется не только из-за того, что коэффициент разный, сколько из-за того, что падение напряжения у каждого диода свое при одной и той же температуре.

еще у кремниевого диода имеется весьма заметная зависимость ОБРАТНОГО тока от температуры (и она так же практически линейна).

[YS]

Ага, значит все-таки -2мВ/К, и практически постоянен. Это хорошо. Спасибо.

Но остается вопрос, где я ошибся в выкладках? Ведь, кроме всего прочего, у меня получается, что рассчитанный коэффициент не только не согласуется с действительностью, но еще и зависит от прямого тока.

[Gudd-Head]

Но остается вопрос, где я ошибся в выкладках?

А вы измерили падение напряжения при 1 мА?

[ublhjnt]

1 мА через диод в режиме измерения температуры много. Хотя бы 100 мкА.

[YS]

А вы измерили падение напряжения при 1 мА?

Да. Подключил диод 1N4148W к напряжению 10В через резистор 10K. Падение составило 603мВ. Как нетрудно подсчитать, в этом случае через диод протекал ток ~0.94мА.

P.S.

Поднес руку к диоду примерно на 5мм - напряжение упало до 596мВ. Неужто он разогрелся излучением руки на 3.5 градуса?

[Meteor]

Поднес руку к диоду примерно на 5мм - напряжение упало до 596мВ. Неужто он разогрелся излучением руки на 3.5 градуса?

Сразу же? Если да, то очень сомневаюсь - температура "штука" инерционная...

[Сэр Мурр]

Когда делал термометр на диоде, не заморачивался указанной зависимостью. Просто провёл калибровку в двух точках- 0 и 100 градусов. Теперь все термометры делаю на специализированных датчиках.

[YS]

Сразу же?

Нет конечно, ну, секунд за десять где-то.

[Meteor]

При таком времени получить перепад в 2...3 градуса - по моему не очень реально. Диод то надо прогреть...

[YS]

Ну, не знаю. Вообще 1N4148W выполнен в SMD корпусе, размером с рисовое зернышко (~ 3x1мм). Его корпус черного цвета, поэтому по идее должен хорошо поглощать тепло. У меня он закреплен на тоненьких проволочках, без платы. Поэтому результат кажется мне вполне правдоподобным. Однако это уже не совсем по теме.

[Gudd-Head]

Просто провёл калибровку в двух точках- 0 и 100 градусов.

+1. Не надо заморачиваться на цифрах

[asgrisha]

Когда делал термометр на диоде, не заморачивался указанной зависимостью. Просто провёл калибровку в двух точках- 0 и 100 градусов.

Калибровал аналогично, но по трем точкам. Ноль давал тающий лёд, 100 по Цельсию - кипящая вода, а 36.6 градусов - температура собственного тела, которая контролировалась (довольно точно) медицинским термометром.

[asgrisha]

самое интересное, где я ошибся в выкладках?

Не очень понятно зачем в формулах прямой и обратный ток. Практически измеряется падение напряжения на диоде при прямом включении. А прямой и, тем более, обратный ток пускай себе текут через кристалл, зачем их тревожить?

[YS]

Не очень понятно зачем в формулах прямой и обратный ток.

Я пытался вывести интересующую меня зависимость из главного уравнения, описывающего диод -> I=Io*(exp(qU/kT)-1). Отсюда и взялись...

Кстати, тут тоже что-то вроде говорят про зависимость коэффициента от тока, советуют в мост включать...