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电路的均方根输出在宽范围内与温度呈线性比例关系解析
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2017-12-07
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众所周知，p-n结二极管是最高约200℃的低温精密温度计的基础。流经二极管的电流保持恒定，二极管上的电压则提供了温度指示。恒定电流的幅值通常选小的，以便最大限度地减少二极管的自热效应。二极管电压随温度降低呈线性下降，因此有必要使用运放调节电路实现直接读数。输出校准使用电压基准实现。
在这个设计想法中，以恒定电流驱动的p-n结二极管概念是推导出来的，基本上取消了电压基准和运放。最终可以形成一个简单但高度精确的与温度呈比例的独特电路实现。本文还推荐了一些有趣的应用。电路的工作基于开关机制，允许两个交替的恒定电流流经二极管。这种方法用数学方法很容易理解，不过本文省略了一些细节。首先来看肖特基二极管公式：
上述公式给出了流经p-n结二极管的电流（I）与二极管上的电压（V）、温度（T）和二极管半导体材料的理想因子（n）之间的关系。k是波兹曼常数，q是电量。In项是二极管反向饱和电流中与温度无关的部分。在报道的实验［1］中，一个硅1N4148二极管由电流I1和恒流I2先后交替驱动，过渡发生在温度T点。
图1显示了两个电流对二极管电压的影响，其中二极管在恒温水槽中从温度T0开始冷却。理论上，AB和CD线段向后延伸可以达到绝对零度（-273℃）。然而，二极管中的杂质和其它效应限制了电路只能工作到-200℃左右。
图1：直接均方根读数温度计的工作原理。
在这个设计想法中，以恒定电流驱动的p-n结二极管概念是推导出来的，基本上取消了电压基准和运放。最终可以形成一个简单但高度精确的与温度呈比例的独特电路实现。本文还推荐了一些有趣的应用。电路的工作基于开关机制，允许两个交替的恒定电流流经二极管。这种方法用数学方法很容易理解，不过本文省略了一些细节。首先来看肖特基二极管公式：
上述公式给出了流经p-n结二极管的电流（I）与二极管上的电压（V）、温度（T）和二极管半导体材料的理想因子（n）之间的关系。k是波兹曼常数，q是电量。In项是二极管反向饱和电流中与温度无关的部分。在报道的实验［1］中，一个硅1N4148二极管由电流I1和恒流I2先后交替驱动，过渡发生在温度T点。
图1显示了两个电流对二极管电压的影响，其中二极管在恒温水槽中从温度T0开始冷却。理论上，AB和CD线段向后延伸可以达到绝对零度（-273℃）。然而，二极管中的杂质和其它效应限制了电路只能工作到-200℃左右。
图1：直接均方根读数温度计的工作原理。
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