用MTS102作传感器的温度检测电路设计

    摘要：MTS102是Motorola公司生产的二极管温度传感器，文中阐述了以MTS102二极管为传感器的温度检测电路的原理和设计方法，并给出了几个利用MTS102进行温度测量的应用电路的设计实例。

    关键词：传感器  温度检测  激励  仪器放大器  MTS102

1 检测原理

    二极管作为温度传感器常常用在温度变化范围大、精度要求适中的温度检测电路中。它的温度系统线性度相当高，数值大约是-2mV/℃。用二极管作为传感器构成温度检测系统需要激励电路、补偿电路和放大电路。其电路如图1所示。

1.1 二极管

    差不多任何硅二极管都可用作温度传感器，但Motorola公司的MTS102硅温度传感是经过特殊设计，并为满足传感器的要求进行了优化处理的二极管。可广泛用于汽车和工业产品的温度检测系统。因为这些场合强调低成本和高精度。当温度从-40～+150℃变化时，用TO-92标准封装的这种传感器的温度准确度可达到±2℃。

1.2 激励

    二极管最好的激励源是电流源。在要求不高的场合，也可以用电阻偏置电路。但是，电阻偏置存在的缺陷是电源的变化以及波纹会引起显示的误差。如果用低电压电流（如5V）单端供电，这个问题就更加突出。由于MTS102的工作电流为100μA，因此选用Burr-Brown公司的REF200双100μA电流源非常适合。其中，一个电流源用于激励，另一个电流源用于补偿。

1.3 放大

    在绝大多数场合，任何精密的运算放大器都能用来处理二极管所采集的温度传感信号，速度通常不成问题。当系统供电源为±15V时，可采用低成本、高精度的OPA177；当系统供电采用+5V单电源时，可采用OPA1013双运算放大器。它们的输入端相对电源负端为共模输入状态（在单电源供电下指地），输出端摆动电压杆对于电源负端在15mV以内。

2 电路设计

2.1 简单测温电路

    图1即是一个简单的测温电路，图中，采用Motorola的MTS102二极管作温度传感器，激励和放大电路用Burr-Brown公司的REF200电流源及OPA1013双运放来实现。REF200的一组100μA的电流源加上R1上，用于电路补偿。二极管传感器MTS102的测温信号加在运放OPA1013的正输入端，补偿信号加在运放OPA1013的负输入端，放大器输出Vo对应于相应的温度数值。由于调整增益和调整补偿都是通过调整R2或R1实现，这将造成二才蝗相互影响，这是这种简单电路存在的缺陷。该电路存在的另一缺陷是温度-电压转换是反相的，换句话说，温度的正向变化导致输出电压负向变化。

2.2 改进电路的设计

    要想克服简单电路的两个缺陷，使得增益调整和补偿调整相互独立，温度电压转换也是同相的，可采用图2所示的具有独立调节功能的测温电路。