利用PTC电路检测温度

最新推荐文章于 2025-04-25 11:48:20 发布

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分类专栏：基础电路设计文章标签： PTC测温温度检测电路 PTC

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1 简介

此温度检测电路使用与正温度系数 (PTC) 热敏电阻串联的电阻器构成分压器，从而产生在温度范围内呈线性的输出电压。

2 设计目标

2.1 温度

$T_{Min}=0$
$T_{Max}=50$

2.2 输出

$V_{outMin}=0.05V$
$V_{outMax}=3.25V$

2.4 电源

$V_{dd}=3.3V$
$V_{ee}=0V$
$V_{ref}=1.646V$

3 电路设计

根据设计目标，最终设计的电路结构和参数如下图：

注意事项：

根据温度范围和 PTC 的值，选择 R1
可使用 DAC 或分压器生成 Vref。如果使用分压器，则分压器的等效电阻将影响电路的增益
使用高电阻值电阻器可能会减小放大器的相位裕度并在电路中产生额外的噪声。建议使用电阻值为 10kΩ左右或更低的电阻器
与反馈电阻器并联放置的电容器将限制带宽、提高稳定性并有助于降低噪声

4 设计计算

该电路的传递函数：

$V_{out}=V_{dd}*\frac{R_{PTC}}{R_{PTC}+R_{1}}-V_{ref}*\frac{R_{2}}{R_{3}}$

计算R1的值以生成线性输出电压。使用 NTC 的最小值和最大值来获取 R1

$R_{PTCmax}=R_{PTC@50}=11.611k$

$R_{PTCmin}=R_{PTC@0}=8.525k$

$R_{1}=\sqrt{R_{PTC@0}*R_{PTC@50}}=\sqrt{8.525k*11.611k}=9.95k\approx 10k$

计算输入电压范围

$V_{inMin}=V_{dd}*\frac{R_{PTCmin}}{R_{PTCmin} +R_{1}}=3.3V*\frac{8.525k}{8.525k +10k}=1.519V$

$V_{inMax}=V_{dd}*\frac{R_{PTCmax}}{R_{PTCmax} +R_{1}}=3.3V*\frac{11.611k}{11.611k +10k}=1.773V$

计算所需增益以生成最大输出摆幅

$G_{ideal}=\frac{V_{outMax}-V_{outMin}}{V_{inMax}-V_{inMin}}=\frac{3.25-0.05}{1.773-1.519}=12.598\frac{V}{V}$

计算R2和R3

$G_{ain}=\frac{R_{2}+R_{3}}{R_{2}}$

R2=1kΩ

$R3=R2*(G_{ain}-1)=11.598k\Omega\approx 11.5k\Omega$

根据 R2 和 R3 的标准值计算实际增益

$Gain_{actual}=\frac{R_{2}+R_{3}}{R_{2}}=\frac{1k+11.5k}{1k}=12.5\frac{V}{V}$

根据实际增益计算输出电压摆幅

$V_{outswing}=(V_{inMax}-V_{inMin})*G_{actual}=(1.773-1.519)*12.5=3.175V$

计算输出电压绕中位电压对称时的最大输出电压

$V_{outMax}=(V_{midsupply}+\frac{V_{outswing}}{2})=\frac{V_{dd}-V_{ee}}{2}+\frac{V_{outswing}}{2}=3.238V$

计算出基准电压

$V_{outMax}=V_{inMax}*G_{actual}-\frac{R_{3}}{R_{2}}*V_{ref}=>V_{ref}=1.646V$

5 电路仿真

时域仿真：

频域仿真：

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