I trasduttori di temperatura integrati

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Enrichetta Barone
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1 I trasduttori di temperatura integrati La m o der n a t ec n ol o gi a d ei cir cu it i i nt egr ati ha det er m i nat o, g ià da q u al c he an n o, l'im m is si o ne su l m er c ato di tr asd u tt or i, f inal izzati all a m i su r a d ell e pi ù di ver se gr an dezze fi si ch e, c he i nc or por ano, ol tr e il s en s or e ver o e pr o pr i o, circuit er i e pi ù o m eno co n si st ent i p er l'am pl if ic azi o n e d el seg nale d el sen sor e, l a s u a nor m al izzazione e la su a l i near i zzazi o ne. I s ens or i i nt egr ati di t em p er at u r a s o n o tr a i p i ù d if f us i di q uest a r ec ent e g en er azi o ne di t r as d ut t or i; s o n o tu t ti b as at i s ul fen om en o app ena vis t o dell a di p en d en za dalla t em per at ur a dell a c adu t a d i t ens ione ai capi di u na gi u nzi on e PN p ol ar izzata d irett am ent e(c he di s ol it o è la B E di un B J T). Ne an al izzer em o q ui alc u ni ti pi, s celt i al so li t o p er la l or o f ac il e r ep er i bi li tà, ec on om ic it à e s em pl ic it à d'u s o: evi den tem ent e i l m er c at o of fr e u na no t evol e var i et à d i q u es ti di sp o si ti vi e q uelli pr o p o st i han n o i l s ol o si g ni fi cat o di es em p i. Il tr as d ut t or e d i tem p er at ur a A D59 Fun zi o nalmen te é u n bi p ol o c he si c om p or t a c om e u n gen er at or e d i c or r en t e ad al ta im ped en za; la c or r en te é pr o p or zional e all a t em p er at ur a as s ol ut a s ec o n do l a r elazi o ne: I = K T co n l a t em p er atur a m is ur at a i n K el vi n. pag. 9

2 La c os t an t e d i pr o p or zi o n ali tà K h a val or e n om inal e par i a K =µa /K. Di c o n seg uen za l a c or r en te i n µa c o inci d e c on l a tem p er atur a in K el vi n. L integr at o A D59 ha d ue ter m inal i e,per ten si o ni di alim ent azione c om pr es e n el r an ge [4: 3], g ener a u n i n ten si tà di c or r ent e li near e nei c on fr on ti della tem p er atur a. Di c o ns egu enza il tr asd u tt o r e h a u na sen si bi li tà par i a: µ A µ A = = K C S Il r an ge d i t em per at ur a d el sen sor e è m o lt o am p i o ed é com pr es o tr a[ 55: 5] C c he in gr ad i K el vi n si es pr im e c om e [28: 423] K es s en d o T K = T C. Il f u nzi o nam ent o i n c or r ent e r en d e il s is tem a d i m is ur a insens i bil e al le cad ut e d i t en si o n e; q uest a c os a p er m et te d i p or r e i l sen sor e m o lt o l on t an o dall ap par at o di m i s ur a, l a r eiezione ai d is t ur b i é d u nq u e el evat a. ed iam o d u nq u e l uti lizzo di q ues to d is p os it i vo. Per tr asf or m ar e la c or r en te i n u n a t en si o n e é nec es sar io ef fett u ar e la c o n ver s ione c or r ent e ten si o ne. pag.2 9

Uti lizzo: Nell e ap pl ic azi on i p r ati c he si p o ne il pr ob lem a di co n ver tir e il s eg nale d u sc it a in c or r en t e c he di p en d e d al la tem p er atur a in un s eg nale i n tens

3 Uti lizzo: Nell e ap pl ic azi on i p r ati c he si p o ne il pr ob lem a di co n ver tir e il s eg nale d u sc it a in c or r en t e c he di p en d e d al la tem p er atur a in un s eg nale i n tens i on e. La c os a ér ealizzata in var i m o di ; é co n si gli abi le l a c o n ver si o ne ten si o ne c or r en te co n A.O. per c hé l op er azi o nale s vo l g e si a la fu n zi on e d i am p li fi cazi o ne c h e q uell a di s ep ar at or e. AD 59 cc F cc ref + o = K T Co n r i f er im en t o al cir c ui to a d es tr a s i p uò s criver e c he = + + F ref K T F Qu est a r elazi on e p uò es s er e u s at a o pp or tu n am en te per elim inar e l off s et di t ens ione e s o d dis f ar e le s peci fi c he d el pr o bl em a. Fac ci am o u n es em pi o m o lt o s em p li ce. Sup p o ni am o d i vol er pr elevar e u n s eg nale d i t em per at ur a n el l inter vall o [: ] C e co n ver tirlo i n u n seg nale i n t en si o ne [ : 5]. T = C = 273 K =. e T = C = 373 K = 5 Si ha all or a: F F µ A ( C ) = = + ( + ) K ref 273 K F F µ A ( C ) = 5 = + ( + ) K ref 373 K pag.3 9

4 Entr am be l e r elazi o ni c os ti t ui sc o n o u n s is t em a d i du e eq u azi o ni n ell e qu attr o i n co g n it e r ef,, F,. I p ar am etr i d i li ber tà s on o d ue. Pos si am o p ens ar e d i f is sar e r ef ed F e r icavar e c o n l e d u e eq u azi o ni r i m an ent i ed. Progetto Si progetti un circuito di condizionamento per un trasduttore di temperatura AD59 in grado di fornire una tensione compresa nel range (:), quando la temperatura varia nell'intervallo (O C:8 C). temperatura C T in Kelvin c o r r en t e Is i n μ A 353 t en s i o n e d u s c i t a i n Dallo schema di figura seguente, che offre una possibile soluzione, si rileva che l offset ( = per T= C) è affidato alle resistenze 3 e, (regolazione fine), mentre il fattore di scala e la conversione corrente/tensione sono realizz ati con l'amplificatore operazionale. L'amplificatore operazionale CA34, ha una elevata impedenza d'ingresso (stadio d'ingresso MOS/FET), e quindi non produce carico per lo stadio che lo precede. Poiché la corrente I s prodotta dal trasduttore è proporzionale alla temperatura espressa in gradi Kelvin, bisogna eseguire una conversione da gradi Celsius a gradi Kelvin. pag.4 9

5 T = C = T = 273 K I ( 273 K ) = 273 µ A T = 8 C T = 353 K I ( 353 K ) = 353 µ A S S Affinché sia = quando T= C deve essere I=I =I s =273μA. Applicando il principio di Kirchhoff al nodo N si ha: I ( C ) = I s ( C ) I = A. = Poiché a C é = ed I =A, per c c =2 si ha: cc = = = 43, 956 K Ω. (val. comm. 3 =39KΩ+ =KΩ). I ( C ) 273 Per t=8 C l intensità di corrente I s =353µA e si ha: I ( 8 C ) = I s ( 8 C ) = I = µ A. = Nell ipotesi che l operazionale sia ideale e la I ( 8 ) attraversi le resistenze 2 ed 4 la tensione C d uscita é: ( 8 C ) ( + ) I ( 8 ) = da cui 4 2 C ( 8 C ) = = = 25 K Ω (val. comm. 4 =82KΩ+ 2 =47KΩ). I ( 8 C ) 8 pag.5 9

6 pag.6 9

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Il trasduttore di temperatura LM35 Il cir cuito integr ato LM35 è un tr asd uttor e di tem per atur a pr od otto dalla National e fornisce una tensione d'uscita proporzionale alla temperatura

8 Il trasduttore di temperatura LM35 Il cir cuito integr ato LM35 è un tr asd uttor e di tem per atur a pr od otto dalla National e fornisce una tensione d'uscita proporzionale alla temperatura espressa in gradi Celsius. Le sue car atteristiche elettriche principali sono: tensione di alim entazione da 4 a 3 uscita linear e in tensione uguale a,m per ogni gr ado m centigrado cioè ( T C ) = K T = T ( C ) C corr ente d uscita uguale a m A. Per le sue car atteristiche il dispositivo può essere usato senza com ponenti aggiuntivi quando il range di funzionam ento prevede tem per atur e inferiori allo C. pag.8 9

9 Progetto pag.9 9

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