El sensor de temperatura de banda prohibida de silicio es una forma extremadamente común de sensor de temperatura ( termómetro ) que se utiliza en equipos electrónicos. Su principal ventaja es que se puede incluir en un circuito integrado de silicio a muy bajo costo. El principio del sensor es que el voltaje directo de un diodo de silicio , que puede ser la unión base-emisor de un transistor de unión bipolar (BJT), depende de la temperatura, de acuerdo con la siguiente ecuación:
dónde
- T = temperatura en kelvin ,
- T 0 = temperatura de referencia,
- V G 0 = voltaje de banda prohibida en cero absoluto ,
- V BE 0 = tensión de unión a temperatura T 0 y corriente I C0 ,
- k = constante de Boltzmann ,
- q = carga en un electrón ,
- n = una constante dependiente del dispositivo.
Al comparar los voltajes de dos uniones a la misma temperatura, pero a dos corrientes diferentes, I C1 e I C2 , se pueden eliminar muchas de las variables de la ecuación anterior, lo que da como resultado la relación:
Tenga en cuenta que el voltaje de unión es una función de la densidad de corriente, es decir, el área de corriente / unión, y se puede obtener un voltaje de salida similar operando las dos uniones a la misma corriente, si una es de un área diferente a la otra.
Un circuito que obliga a I C1 e I C2 a tener una relación N: 1 fija, [1] da la relación:
Por lo tanto, se puede utilizar un circuito electrónico, como la referencia de banda prohibida de Brokaw , que mide Δ V BE para calcular la temperatura del diodo. El resultado sigue siendo válido hasta aproximadamente 200 ° C a 250 ° C, cuando las corrientes de fuga se vuelven lo suficientemente grandes como para alterar la medición. Por encima de estas temperaturas, se pueden utilizar materiales como el carburo de silicio en lugar del silicio.
La diferencia de voltaje entre dos uniones pn (por ejemplo, diodos ), operado a diferentes densidades de corriente, es p roportional t o un bsoluta t emperatura (PTAT).
Los circuitos PTAT que usan transistores BJT o CMOS se usan ampliamente en sensores de temperatura (donde queremos que la salida varíe con la temperatura), y también en referencias de voltaje de banda prohibida y otros circuitos de compensación de temperatura (donde queremos la misma salida en cada temperatura). [1] [2] [3]
Si no se requiere alta precisión, es suficiente polarizar un diodo con cualquier corriente baja constante y usar su coeficiente térmico de -2 mV / ˚C para el cálculo de la temperatura; sin embargo, esto requiere calibración para cada tipo de diodo. Este método es común en sensores de temperatura monolíticos. [ cita requerida ]
Referencias
- ^ a b James Bryant. "IC Temperature Sensors" Archivado el 27 de agosto de 2013 en archive.today . Dispositivos analógicos. 2008.
- ^ C. Rossi, C. Galup-Montoro y MC Schneider. "Generador de voltaje PTAT basado en un divisor de voltaje MOS" . Conferencia y Feria Comercial de Nanotecnología, Actas Técnicas, 2007.
- ^ Andre Luiz Aita y Cesar Ramos Rodrigues. "Las fuentes de corriente de PTAT CMOS no coinciden con la temperatura" . El 26º Simposio sobre Circuitos Integrados y Diseño de Sistemas (SBCCI 2013). 2013.
- RJ Widlar (enero de 1967). "Una expresión exacta para la variación térmica del voltaje base del emisor de los transistores bipolares". Actas del IEEE . 55 (1): 96–97. doi : 10.1109 / PROC.1967.5396 .
enlaces externos
- Teoría y técnicas prácticas de detección de temperatura , dispositivos analógicos
- Sensores de temperatura monolíticos de precisión , TI (anteriormente National Semiconductor)