以半导体二极管作温度传感器的数显电子温度计

附图所示电路是以半导体二极管作为温度传感器的数显电子温度计，其测温范围为-50～+150℃，测温精度达±0.1℃。

电路工作原理

半导体二极管的正向压降决定于正向电流的大小和环境温度，当正向电流一定时，正向压降随温度的升高而下降。对于普通的硅二极管1N4148而言，具有约-2.1mV/℃的温度系数，当两个1N4148串接时，总的正向压降与温度的关系约为-4.2mV/℃。理论和实践都已证明，在-50～+150℃的范围内，二极管的测温精度可达±0.1℃，与其他温度传感器相比，在低温测量方面，二极管温度传感器具有灵敏度高、线性好、简便的特点。

附图电路中，电阻R6～R8、二极管VD1～VD3、三极管Vl构成温度传感器电路。其中，VD1、VD2串接作为测温探头；R6～R8、VD3、Vl构成恒流源电路，给测温探头提供恒定的正向电流。通过计算可得恒流源提供给VD1、VD2的恒定电流约0.6mA。二极管VD3起温度补偿的作用，保证恒流的温度稳定性。

图中所示数字温度计电路以美国INTERSIL公司生产的A/D转换器ICL7107为核心。ICL7107是单片CMOS31/2位双积分型A/D转换器，它包括了线性放大器、模拟开关、时钟振荡器、七段译码、显示驱动器等部件，可直接驱动共阳极LED数码管。ICL7107被设计成双电源（+5V、-5V）工作，具有自动校零和极性自动转换功能。ICL7107是一款性能强、功耗低的常用A/D转换器，零售价在10元左右。

图中Rl和Cl构成振荡器的RC网络，Rl和Cl按图示取值时，时钟脉冲频率为fCLK=45kHz，这时每秒约出现三次读数。C2为基准电容。C3为输入滤波电容，R3为输入限流电阻。

应该注意C5是积分电容，R2是积分电阻，应保证二者的质量，它们直接影响电路的测量精度。积分电容应具有较低的介质吸收性能，可选用价格较低廉的聚丙稀(CBB)电容，积分电阻可选用金属膜电阻。C4为校零电容，宜选用无感式涤纶电容。

IC1输出的千位数、百位数、十位数、个位数之段驱动信号直接连接到四个共阳极LED数码管，其中千位数码管LED4之“b段”和“c段”都由ICl的“AB4”驱动；“g段”由IC1的极性显示端POL驱动，用来显示负号“-”，表示OoC以下的温度。小数点定位在十位数码管LED2，则LED2的小数点“dp”直接接地。为了简化电路，每个LED数码管只接一个200Ω的限流电阻，而不是数码管的每一段接一个限流电阻。

图中，IC2、IC3为IC1及温度传感器电路提供稳定的+5v、-5v电源。电路中电位器RP1用于调节沸点(lOOoC)；RP2用于调节冰点(0℃)。

制作与调试方法

IC1为ICL7107，可直接代换的有TSC7107、CH7107等。数码管LED1～LED4选用0.5英寸的共阳极LED数码管。其他元器件按图l电路所示进行选择即可。

图中的电路很简单，便于业余制作，因ICL7107为CMOS电路，宜使用IC插座。当各元件焊接完毕后，再插入ICL7107。

焊接、安装好下图所示电路后，该数字温度计需要调试方可正常使用。调试前，先准备好ooC的冰水混合物和l00℃的沸水各l000ml。调试步骤如下：

(1)将RP1调到最上端，使Vref为最高电压，把二极管测温探头置于0℃的冰水中，调节RP2使数码管显示“00.0”。

(2)将二极管测温探头置于l00℃的沸水中，调节RP1使数码管显示“100.0”。

经上述调试后，该数字温度计就可以正常工作了。