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LM94022是一種模擬輸出的集成溫度傳感器，主要應用于手機、無(wú)線(xiàn)收發(fā)器、電池管理、汽車(chē)、辦公室設備及家用電器等。該傳感器主要特點(diǎn)包括工作電壓低，可在1.5V電壓下工作；工作電壓范圍寬—1.5～5.5V；末級為推挽輸出，有±50μA輸出電流的能力；有四種靈敏度供用戶(hù)選擇；測量范圍為-50～+150℃；靜態(tài)電流低，典型值為5.4μA；精度（與測量范圍有關(guān)）：20～40℃為 ±1.5℃；-70～-50℃為±1.8℃；-50～90℃為±2.1℃；-50～150℃為±2.7℃；采用小尺寸SO70封裝。 管腳排列與功能 LM94022的管腳排列如圖1所示，各管腳功能如表1所示。 圖1 LM94022管腳排列 表1 LM94022管腳功能 靈敏度選擇端GS0及GS1 LM94022根據GS0、GS1被施加的不同電平有4種靈敏度供用戶(hù)選擇，如表2所示。用戶(hù)可根據測溫的范圍及接口電路的工作電壓的條件來(lái)合理選擇。靈敏度由GS0及GS1的電平確定：高電平要求大于（VDD-0.5V）；低電平要求小于0.5V。 表2 LM94022提供的4種靈敏度（典型值） LM94022的輸出特性 LM94022的輸出特性如圖2所示，這是測量溫度與輸出電壓在不同靈敏度時(shí)的特性。由于輸出電壓隨溫度升高而下降，其靈敏度為負值。在VDD為5V時(shí)，不同靈敏度的幾個(gè)特定溫度值時(shí)的輸出電壓如表3所示（典型值）。 圖2 LM94022的輸出特性 表3 VDD為5V，TA為25℃時(shí)的輸出電壓值 從圖2可看出，其線(xiàn)性度極好，這是線(xiàn)性化后的特性。按表3的數據計算出的靈敏度值與表2給出的典型靈敏度有一些差值。例如，在GS=00時(shí)，-25℃時(shí)的輸出電壓為1168mV，-50℃時(shí)的輸出電壓為1299mV，則其平均靈敏度為-5.24mV/℃；50℃時(shí)的輸出電壓為760mV，75℃時(shí)的輸出電壓為619mV，則其平均靈敏度為5.64mV/℃。表2中GS=00時(shí)，靈敏度為-5.5mV/℃。 基本應用電路 圖3是LM94022的基本應用電路。在此電路中，GS0、GS1都接地（低電平），所以靈敏度選擇的是-5.5mV/℃。LM94022一般用作精度要求不高的溫度測量及控制，其輸出端往往與比較器或微控制器等接口。 若溫度傳感器與控制電路距離較遠時(shí)，連接線(xiàn)應采用屏蔽線(xiàn)。 圖3 LM94022的基本應用電路 接電容負載的電路如圖4及圖5所示。圖4與圖5的差別是負載電容容量不同：當負載電容CLOAD<1100pF時(shí)，用圖4電路，當CLOAD>1100pF時(shí)，用圖5電路。圖5中RS值與CLOAD大小有關(guān)，如表4所示。圖4及圖5中均未畫(huà)出確定靈敏度的GS0及GS1端的連接。 圖4 接電容負載的電路圖（CLOAD<1100pF） 圖5 接電容負載的電路圖（CLOAD >1100pF） 表4 CLOAD值與RS的關(guān)系 當LM94022直接與ADC（或微處理器中的ADC）接口時(shí)，開(kāi)始工作時(shí)，LM94022的推挽輸出端能向ADC中的Cin充電，如圖6所示。 圖6 LM94022與ADC接口電路圖 應用電路舉例 1 增加關(guān)閉控制功能的電路 LM94022是低功耗器件，為實(shí)現多路溫度測量，可采用關(guān)閉控制，在斷開(kāi)VDD時(shí)，OUT端呈高阻抗�？梢栽贚M94022的VDD端接一個(gè)反相器（見(jiàn)圖7）或接一個(gè)兩輸入與門(mén)來(lái)實(shí)現關(guān)閉（見(jiàn)圖8）。兩者的區別是，前者施加高電平時(shí)實(shí)現關(guān)閉；后者是施加低電平時(shí)實(shí)現關(guān)閉。 圖7 LM94022接反相器實(shí)現關(guān)閉功能 圖8 LM94022接兩輸入與門(mén)實(shí)現關(guān)閉功能 圖9 數字溫度計電路 2 數字顯示溫度計 圖9是一種數字溫度計，其測量溫度范圍-40～+125℃。LM94022檢測的溫度轉換成模擬信號電壓輸出，其輸出電壓直接與帶有ADC的微處理器接口，往ADC變換后的數字信號由微處理器進(jìn)行處理后轉換成相應的七段碼，送溫度顯示（數碼管），若采用微處理器對傳感器作軟件線(xiàn)性補償，可提高測溫精度。數字鍵出可輸入報警溫度給微處理器，若檢測到的溫度超過(guò)報警溫度時(shí)，微處理器輸出信號，使報警電路發(fā)出聲、光報警。微處理器的I/O口還可輸出開(kāi)關(guān)控制信號，對溫度實(shí)現簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)控制（這部分在圖9中未畫(huà)出）。 圖10 簡(jiǎn)易的超過(guò)閾值溫度報警電路 3 簡(jiǎn)易的超過(guò)閾值溫度報警電路 圖10是一種簡(jiǎn)易的超過(guò)閾值溫度報警電路。該電路由溫度傳感器、比較器、4.1V基準電壓源、三極管、蜂鳴器及電阻R1～R5等組成。 電路的工作原理：若LM94022溫度傳感器的靈敏度已設定，則設定的閾值溫度TTH對應的電壓值VT可以從圖2（或表3）中求出。若先不考慮產(chǎn)生滯后作用的R3的影響，則可以根據已知的VT值求出R1、R2值（在先確定R1值后求出R2值），VT=4.1V×R2/（R1+R2）。 為防止溫度在閾值溫度附近因傳感器輸出信號中存在噪聲電壓影響而使比較器輸出產(chǎn)生振蕩，在比較器電路中加了一個(gè)正反饋電阻R3，則產(chǎn)生一滯后電壓VHYS，并且VT值也受R3的影響成為VT2，改進(jìn)的超過(guò)閾值溫度報警電路溫度特性和輸出波形如圖11所示。 圖11 溫度特性和輸出波形圖 VHYS=VT2-VT1，其中VT1、VT2可按下式求出。 VT2=4.1V×R2/（R1+R2//R3） VT1=4.1V×R2/（R2+R1//R3） 上式中4.1V是基準電壓值。為減小R3對VT值的影響，一般R3取值較大（如470kΩ～2MΩ）。 基準電壓4.1V經(jīng)R1、R2分壓后的電壓VT2加在比較器同相端，LM94022測量溫度輸出的電壓VTEMP加在比較器反相端。一旦VTEMP 4 簡(jiǎn)易的溫度控制電路 若要控制圖10中的溫度TTH基本保持穩定（約有±3～±5℃變化），可采用圖12的電路對TTH實(shí)現自動(dòng)控制。當溫度超過(guò)TTH時(shí)，比較器的VOUT輸出高電平，經(jīng)反相器后輸出低電平，N溝道MOSFET截止，加熱器停止加熱；當溫度降到（TTH-THYS）時(shí)，VOUT由高電平跳變到低電平，N溝道MOSFET導通，加熱器又加熱，使溫度上升。這樣溫度在TTH上下波浪式變動(dòng)。 圖12 簡(jiǎn)易的溫度控制電路 應用注意事項 應用LM94022的設計注意事項如下。 ● 為保證傳感器輸出電壓精度，VDD取值為VDD=VOUT+1V； ● 設計時(shí)應盡可能取大的靈敏度，以減少噪聲對輸出信號電壓的影響； ● 為減少噪聲影響，可在LM94022輸出端加一個(gè)高頻旁路電容器； ● 當傳感器與接口電路之間連接較長(cháng)時(shí)，連接線(xiàn)應采用屏蔽線(xiàn)。 |
