실리콘 밴드갭 온도 센서

실리콘 밴드갭 온도 센서는 전자 장비에 사용되는 매우 일반적인 형태의 온도 센서(온도계)입니다.실리콘 집적회로에 매우 저렴한 비용으로 내장할 수 있는 것이 큰 장점이다.센서의 원리는 ^[1]다음 방정식에 따라 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)의 베이스 이미터 접합일 수 있는 실리콘 다이오드의 순방향 전압이 온도에 의존한다는 것입니다.

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

어디에

T = 온도(켈빈 단위),

T₀ = 기준 온도,

V_G0 = 절대 영점에서의 밴드갭 전압,

V_BE0 = 온도₀ T 및 전류_C0 I에서의 접합 전압,

k = 볼츠만 상수,

q = 전자의 전하,

n = 장치에 의존하는 상수입니다.

Brokaw 밴드갭 참조 회로

같은 온도에서 두 개의 서로 다른 전류인_C1 I와_C2 I에서 두 개의 접점의 전압을 비교함으로써 위의 방정식의 많은 변수를 제거할 수 있으며, 그 결과 다음과 같은 관계가 도출됩니다.

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

접점전압은 전류밀도, 즉 전류/접점영역의 함수이며, 한쪽이 다른 쪽 영역과 다른 쪽 영역일 경우 두 접점을 동일한 전류로 작동시켜 유사한 출력전압을 얻을 수 있습니다.

I와_C2 I가 고정 N:1 비율을 ^[2]갖도록 강제하는_C1 회로는 다음과 같은 관계를 제공합니다.

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

따라서 δV를_BE 측정하는 Brokaw 밴드갭 기준과 같은 전자회로를 사용하여 다이오드의 온도를 계산할 수 있습니다.결과는 누출 전류가 측정을 손상시킬 정도로 커지면 약 200°C ~ 250°C까지 유효합니다.이 온도 이상에서는 실리콘 대신 실리콘 카바이드 등의 소재를 사용할 수 있습니다.

서로 다른 전류 밀도로 작동하는 두 p-n 접합부(예: 다이오드) 사이의 전압 차이는 절대 온도(PTAT)에 비례합니다.

BJT 또는 CMOS 트랜지스터를 사용하는 PTAT 회로는 온도 센서(온도에 따라 출력이 달라지기를 원하는 곳) 및 밴드갭 전압 기준 및 기타 온도 ^[2][3][4]보상 회로(온도마다 동일한 출력을 원하는 곳)에서 널리 사용됩니다.

고정밀이 필요하지 않은 경우 일정한 저전류로 다이오드를 바이어스하고 온도 계산에 -2mV/µC 열계수를 사용해도 충분하지만, 이를 위해서는 각 다이오드 유형에 대한 보정이 필요합니다.이 방법은 단일 온도 센서에서 ^{[citation needed]}일반적입니다.

레퍼런스

외부 링크

• 온도 감지 이론 및 실용 기술, 아날로그 장치
• Precision 모노리식 온도 센서, TI(구 National Semiconductor)