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简 介： 根据PN可以看到结的电流电压方程PN基于此，可用于测量环境或芯片内部的温度。NPN，PNP三极管（2N3906,2N3904)获得的温度与普通温度相比PN结论更准确。本文参考 Accurate Temperateure Sensing with an External PN Junction^[1] 设计外部PN结测温所需的主要方面。

关键词： PN结，二极管

01 理论基础

1.1 相关芯片

??在 LINEAR TECHNOLOGY^[2] 技术文档Accurate Temperature Sensing with a External P-N Junction^[6] 给出了 利用外置的PN结测量温度的方案。应用于此类方案 LTC2974^[3] 、 LTC3880^[4] 、 LTC3883^[5] 这种开关电源的温度管理。

??本文提到了应用程序PNP型三极管 2N3906^[6] 的 b-e PN 结温度特性来测量外部温度。这个三极管在 耐压三极管hFE关系是什么？^[7] 测量过，说明我手头有这个三极管。

在 博文 使用二极管P-N结的I-V特性测量Boltzmann常数^[8] 利用了 对应的 NPN型（ 2N2904^[9] ）测量了Boltzmann精度为1的常数.4%以内。这也间接证明了三极管的使用PN测量温度的实验基础。

1.1.1 提出问题

??以上信息提出了以下问题：

• 为什么要借助三极管？PN测量温度，而不是简单地使用普通的二极管PN结？

• 对于PNP，NPN哪种型三极管？PN结测量温度较高？

(1)为什么使用三极管？

??通常直接用二极管测量V-A特征，会发现它和PN前偏置电流方程不同：

??下面是在 Forward and Reverse Bias of a PN Junction (Explained) 普通二极管给出V-A特性曲线。

??在 PN Junction Theory for Semiconductor Diodes^[10] 二极管极管 I-V 特性曲线：

??在 Measurement of Boltzmanns constant^[11] 作者D.E Evans展示了普通设备的使用 TIP29^[12] 功率 PNP三极管的 b-e 结上测量 e/k 常数实验。它提到了满足 V对于普通人PN结中的 基极电流抵消了大多数载流子和表面电流的影响，因此集电极电流 正好反映了 PN 结电流的内容。

??在 Accurate Temperature Sensing with an External P-N Junction^[6] 的中间，CHOICE of PN Junction Device一节也给出了为什么选择 PNP，NPN测量三极管PN温度说明：

• 一些二极管的前导电压与温度关系不大，主要来自反向Is电流也与温度有关，这就是为什么普通二极管的电压特性与温度反向，而不是像上一个公式所选择的那样；

• 三极管中的PN结具有很大的理想因子 ，这有利于提高测量精度。

（2）NPN 与 PNP

??至于使用NPN还是PNP在所能看到的文献中，没有对比来测量温度。

??不过在Accurate Temperature Sensing with an External P-N Junction^[6] 对于2N3906（PNP），2N3904（NPN）都说可以。

1.2 相关公式

1.2.1 PN结电流方程

• ：前向电流

• ：反向饱和电流

• ：B-E 前向电压

• ：温度电压

• ：理想因子

• ：玻尔兹曼常数

??在 在上述公式中 可以省略：

402 Payment Required

??对应温度：

??若使用差分电流，即分别测量 对应两个电流 ，所以可以得到：

??特别是两个电流的比例关系： ，则：

402 Payment Required

??在最终的温度计算公式中，二极管的反向饱和电流 只有一个二极管理想因素被消除了 。

02 电路设计

2.1 电路布线

※ 总??结 ※

根据PN可以看到结的电流电压方程PN可用于测量环境或芯片内部的温度。

选择NPN，PNN三极管（2N3906,2N3904)获得的温度与普通温度相比PN结更加的精确。本文参照 Accurate Temperateure Sensing with an External PN Junction^[6] 设计外部PN结测温所需的主要方面。

参考资料

[1]

Accurate Temperateure Sensing with an External PN Junction: https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/an137f.pdf

[2]

LINEAR TECHNOLOGY: https://baike.baidu.com/item/E5%87%8C%E5%8A%9B%E5%B0%94%E7%89%B9%E5%85%AC%E5%8F%B8/10525125

[3]

LTC2974: https://www.analog.com/en/products/ltc2974.html

[4]

LTC3880: https://www.analog.com/en/products/ltc3880.html#product-overview

[5]

LTC3883: https://www.analog.com/cn/products/ltc3883.html

[6]

2N3906: https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/2n3906-d.pdf

[7]

三极管的耐压与hFE之间是什么关系？: https://blog.csdn.net/zhuoqingjoking97298/article/details/120946851

[8]

利用二极管的P-N结的I-V特性测量Boltzmann常数: https://blog.csdn.net/zhuoqingjoking97298/article/details/107117476

[9]

2N2904: https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/11470/ONSEMI/2N3904.html

[10]

PN Junction Theory for Semiconductor Diodes: https://electricala2z.com/electronics/pn-junction-theory-for-semiconductor-diodes/

[11]

Measurement  of Boltzmanns constant: http://pleclair.ua.edu/PH255/papers/Planck-Boltzmann/measure_e-k-2.pdf

[12]

TIP29: https://html.alldatasheet.com/html-pdf/2774/MOSPEC/TIP29/144/1/TIP29.html

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