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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Diode als Temperatursonsor


Autor: Leo B. (luigi)
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Servus Jungs,

da ich momentan einen Laminator ähnlich diesem hier
http://thomaspfeifer.net/laminator_temperatur_regelung.htm
nachbaun möchte, frage ich mich, wie gut sich Glasdioden als 
Temperatursensor eignen.
Das Diagramm ist ja schon recht eindrucksvoll, aber gilt das 
näherungsweise für alle Dioden, oder nur für die 4148er?

Hintergrund für diese Frage ist, dass ich die 4148er nirgends mehr zum 
Kaufen finde. Ausnahme Reichelt und der ist mir wegen dem Versand zu 
teuer. Bei z.B. RS-Online habe ich sowieso noch einiges zu bestellen, da 
käme mir das mit dem Versand relativ gesehen günstiger.

Ich danke euch schonmal.

MfG
Hans

Autor: Ulrich (Gast)
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Der Temperatureffekt ist bei fast allen normalen Siliziumdioden ähnlich. 
Man kriegt eigentlich immer eine lineare Temperaturabhängigkeit, die zu 
0 K hin auf etwa 1,28V ( oder waren da 1,24V ?) extrapoliert werden 
kann. Das Glasgehäuse ist nur wichtig damit man auch über 250C gehen 
kann.

Unter 200 C kann man auch gut einen Transisitor wie BD135 nehmen, den 
kann man gut anschrauben.

Autor: Martin Sch. (msch)
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inwiefern sich dioden allgemein für sowas eignen, kann ich nicht sagen,
aber die 1N4148 ist als Standard-Universal-Überallverbaut-Diode 
eigentlich auch noch überall verfügbar,
auch bei rs-online...

http://de.rs-online.com/web/search/searchBrowseAct...

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Hans Wurst wrote:

> Das Diagramm ist ja schon recht eindrucksvoll, aber gilt das
> näherungsweise für alle Dioden,

Ja, jede Diode, egal ob direkt eine, oder in Form eines Transistors ist 
Temperaturabhängig mit etwa -1mV/K.

> Hintergrund für diese Frage ist, dass ich die 4148er nirgends mehr zum
> Kaufen finde.

Kann nicht sein. 1N4148 ist die Standard Low Power Diode.

Autor: Dieter Werner (dds5)
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> Ja, jede Diode, egal ob direkt eine, oder in Form eines Transistors
> ist Temperaturabhängig mit etwa -1mV/K.

Hmmm, ich hab was in Erinnerung mit rund -2mV/K, was stimmt jetzt?

Autor: Leo B. (luigi)
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OK, Sorry! Die Diode ist tatsächlich verfügbar, nur als nach 4148 und 
N4148 sowie das ganze mit * (Sternchen) 
umgeben/vorangestellt/hintennachgestelt, ergab keine Lösung. Daher 
dachte ich die gibts nimmer.
Ich such das nächste mal genauer. Sorry nochmal und Danke auch für die 
zusatzinfos.
PS: wieviel mV/K ist interessant und wenn kein anderer schneller ist, 
werde ich nach meinem Test ne antwort Posten. Kann aber noch gut nen 
Monat dauern.

MfG

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Dieter Werner wrote:
>> Ja, jede Diode, egal ob direkt eine, oder in Form eines Transistors
>> ist Temperaturabhängig mit etwa -1mV/K.
>
> Hmmm, ich hab was in Erinnerung mit rund -2mV/K, was stimmt jetzt?

Ich eigentlich auch, aber dem Diagramm in obigem Link nach, sind es 
ziemlich exakt -1,1mV/K.

Im Datenblatt vom BC547 ist ein Diagramm, demnach sind es -2mV/K bei 
niedrigen Strömen.
Auch in einem 4148 Datenblatt habe ich eine ähnliche Kennlinie gefunden. 
Beide haben eines gemeinsam: Mit steigendem Strom wird die 
Temperaturempfindlichkeit kleiner. Die -2mV/K gelten also nur für einen 
Strom im µA Bereich.
Und da bei der Schaltung im obigen Link etwa 4,5mA durch die Diode 
fließen, ist die Empfindlichkeit kleiner. Für eine wirklich genaue 
Messung hilft also nur kalibrieren.

Autor: HildeK (Gast)
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>Hmmm, ich hab was in Erinnerung mit rund -2mV/K, was stimmt jetzt?
Es sind (nach Tietze-Schenk) ungefähr -1,7mV/K für konstanten 
Diodenstrom.

Autor: Arc Net (arc)
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Autor: Michael (Gast)
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-2mV/K ist ein Schätzwert auf den man kommt wenn man für UT 25mV 
annimmt, hab ich so in Erinnerung. Kann man ja mal ausrechnen wenn man 
die Kennlinie wanken lässt ;)

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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>  dass ich die 4148er nirgends mehr zum Kaufen finde.
Schock :-o

Halb so wild, eine kurze Suche ergibt:
http://de.rs-online.com/web/search/searchBrowseAct...

http://produkt.conrad.de/45973183/1n4148-100v-150ma.htm

Und auch digikey hat 6 verschiedene Hersteller für diese Diode.

Die Welt dreht sich weiter ;-)

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Benedikt K. wrote:
> Dieter Werner wrote:
>>> Ja, jede Diode, egal ob direkt eine, oder in Form eines Transistors
>>> ist Temperaturabhängig mit etwa -1mV/K.
>>
>> Hmmm, ich hab was in Erinnerung mit rund -2mV/K, was stimmt jetzt?
>
> Ich eigentlich auch, aber dem Diagramm in obigem Link nach, sind es
> ziemlich exakt -1,1mV/K.
>

Tja, meine 10 1N4148 die ich mal eben durchgemessen habe scheinen Dein 
Diagramm/Deinen Link zu ignorieren diese da sie ihn noch nicht kennen: 
Zeigen im Bereich 0...100 Grad Celsius alle -1,9mV/K  (Meßstrom 4 mA, 
zur Meßgenauigkeit Summe aller Maiximalfehler: 3 %)

Ich könnte die übrigen 90 Stück aus dem Handlager nun auch noch messen, 
aber ich denke das braucht es nicht ;-)


> Im Datenblatt vom BC547 ist ein Diagramm, demnach sind es -2mV/K bei
> niedrigen Strömen.

Ja. So sollte das auch sein nach den Vorlesungen HL-Theorie I und II.

Autor: Zapp (Gast)
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>Meßstrom 4 mA ...

ist viel zu hoch. Rechne mal die Verlustleistung und dadurch die 
Eigenerwaermung. Ich wuerd unterhalb 100uA bleiben.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Andrew Taylor wrote:

> Tja, meine 10 1N4148 die ich mal eben durchgemessen habe scheinen Dein
> Diagramm/Deinen Link zu ignorieren diese da sie ihn noch nicht kennen:
> Zeigen im Bereich 0...100 Grad Celsius alle -1,9mV/K  (Meßstrom 4 mA,
> zur Meßgenauigkeit Summe aller Maiximalfehler: 3 %)

Genau sowas habe ich auch erwartet, das passt doch wunderbar zu dem was 
ich sagte:
Wenn es genau sein soll, muss man kalibrieren. Der 
Temperaturkoeffizient, ist nämlich keine spezifizierte und daher vom 
Hersteller irgendwie gezielt auf bestimmte Werte getrimmte Eigenschaft. 
Daher dürfte das auch stark Hersteller abhängig sein. Man kann wohl nur 
davon ausgehen, dass das ganze linear ist. Zumindest 2 (möglichst weit 
auseinander liegende) Temperaturpunkte braucht man also mindestens wenn 
das ganze einigermaßen genau sein soll.

PS: Es ist nicht mein Diagramm und nicht mein Link, daher kann ich nicht 
sagen ob das passt was da steht, es klingt nur plausibel, da 
Datenblätter etwas ähnliches sagen.

Autor: Jens G. (jensig)
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@Zapp (Gast)

>>Meßstrom 4 mA ...

>ist viel zu hoch. Rechne mal die Verlustleistung und dadurch die
>Eigenerwaermung. Ich wuerd unterhalb 100uA bleiben.

rechne Du das doch mal aus, und setze das dann in Beziehung zu weiteren 
Fehlermöglichkeiten.
Bei 4mA hat sie vielleicht Uf=0.6V, macht also 2,4mW.
Bei einem Rthja=350K/W (wenn mit 10mm Anschlußlänge eingelötet lt. NXP) 
haste also weniger als 1K zuviel auf der Sperrschicht durch 
Eigenerwärmung. Vorausgesetzt, Deine Zuleitungen sind auch gerade mal so 
warm wie das Meßobjekt selbst. Da aber die Zuleitungen meist viel kälter 
sind als der Sensor selbst, dürfte man aufgrund der Wärmeabführung über 
die Anschlüsse ohnehin mit viel größerem Fehler rechen können, als er 
durch die Eigenerwärmung gegeben ist.
Meine Rechnung ist eigentlich noch ein wenig ungenau - eigentlich müsste 
man den Rth annehmen, wenn die Diode direkt auf das Meßobjekt mir ihrem 
Glaskörper geklemmt wurde, was einen weit kleineren Rth ergeben sollte, 
somit auch weit geringere Eigenerwärmung.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Benedikt K. wrote:
> Andrew Taylor wrote:
>
>> Tja, meine 10 1N4148 die ich mal eben durchgemessen habe scheinen Dein
>> Diagramm/Deinen Link zu ignorieren diese da sie ihn noch nicht kennen:
>> Zeigen im Bereich 0...100 Grad Celsius alle -1,9mV/K  (Meßstrom 4 mA,
>> zur Meßgenauigkeit Summe aller Maiximalfehler: 3 %)
>
> Genau sowas habe ich auch erwartet, das passt doch wunderbar zu dem was
> ich sagte:
> Wenn es genau sein soll, muss man kalibrieren. Der
> Temperaturkoeffizient, ist nämlich keine spezifizierte und daher vom
> Hersteller irgendwie gezielt auf bestimmte Werte getrimmte Eigenschaft.
> Daher dürfte das auch stark Hersteller abhängig sein. Man kann wohl nur
> davon ausgehen, dass das ganze linear ist. Zumindest 2 (möglichst weit
> auseinander liegende) Temperaturpunkte braucht man also mindestens wenn
> das ganze einigermaßen genau sein soll.
>
> PS: Es ist nicht mein Diagramm und nicht mein Link, daher kann ich nicht
> sagen ob das passt was da steht, es klingt nur plausibel, da
> Datenblätter etwas ähnliches sagen.

Nö. Die Daten passen kaum zu dem was Du sagtest.
Es belibt  die Aussage derart das sich Widersprüche in den Datenblätern 
zur Realität ergeben. 1.1 mV sind weit ab von der Realität.

Alles andere was Du zu verschiedene Hersteller, etc. äußerst sind 
Vermutungen.
Da Du sonst so an theoretischem Verstehen hängst, sollte eigentlich Dir 
der pn-Übergang in Si (ist ja nun ausgiebigst in der Literatur 
beschriebne) klar sagen das 1.1 mV nicht wirklich sein kann.

> PS: Es ist nicht mein Diagramm und nicht mein Link, daher kann ich nicht
> sagen ob das passt was da steht, es klingt nur plausibel, da
> Datenblätter etwas ähnliches sagen.

Ich kann auch plausible aussehende Zeichnungen von Drachen, Löwen, etc 
hier einscannen - aus der Krabbelgruppe des Kindergartens.

Man sollte schon a bisserl drauf achten nicht einfach Links aus dem web 
zu bringen, sondern dran denken (und vorher drüber nach-) ob die 
plausibel sein können. Es wird viel Murks  im web ohne Nachdneken 
weitergereicht - oft mit den Worten: Ist nicht von mir, aber ich linke 
es mal hier rein...

hth,
Andrew

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Zapp wrote:
>>Meßstrom 4 mA ...
>
> ist viel zu hoch.

Nö, Ist nötig. Lies Dir mal das Posting von Benedikt && Schau Dir mal 
die Referenz an auf die sich Benedikt bezieht.

> Rechne mal die Verlustleistung und dadurch die
> Eigenerwaermung. Ich wuerd unterhalb 100uA bleiben.

Das ist hier nicht das Thema. Die Fragestellung war: Ändert sich dU/dT 
bei höheren Strömen zu 1.1mV/K  .

Es spricht natürlich nix dagegen das für eine Meßschaltung auf weniger 
als 4 mA zu setzen, aber das ist wie gesagt eine andere Baustelle.

Autor: Jens G. (jensig)
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so wie die Temp.-Kurve im Link im Ausgangspost ermittelt wurde, ist auch 
etwas abenteuerlich. Wenn der Lötkolben 400°C sagt, heist das aufgrund 
von irgendwelchen Wärmeabführungen über Zuleitungen, Wärmewiderständen 
aufgrund zu loser Kolben-Dioden-Kopplung usw. eigentlich nur, daß die 
Sperrschicht weit weniger sieht. So werden aus den 1mV/K schnell mal an 
die 2mV/K effektiv ...

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Andrew Taylor wrote:

> Alles andere was Du zu Hersteller, etc. äußerst sind Vermutungen.

Nein, das sind Fakten die ich anhand der Datenblätter so interpretiert 
habe. Klick dich da mal durch, du wirst alles mögliche zwischen 
1,1-2,2mV/°C bei konstantem Strom rausbekommen, wenn du die Diagramme 
durchgehst:
http://www.datasheetcatalog.net/de/datasheets_pdf/...
Und ein Datenblatt gilt bei mir eigentlich schon als verlässliche 
Quelle.

> Da Du sonst so an theoretischem Verstehen hängst, sollte eigentlich Dir
> der pn-Übergang in Si (ist ja nun ausgiebigst in der Literatur
> beschriebne) klar sagen das 1.1 mV nicht wirklich sein kann.

Es ist aber Theorie. Und die Theorie bildet die Praxis leider nicht 
immer vollständig ab. Zumindest das was die Mehrheit kennt ist meist 
eine vereinfachte Näherung (in der Formel der Durchlassspannung (n*k*T/e 
usw.) steckt nämlich nirgends der Strom, außer im proportionalen Faktor 
im 2. Term der den Stromabhängigen Verlauf der Durchlassspannung 
beschreibt. Die Formel beschreibt daher nicht die Abnahme des 
Temperaturkoeffizienten mit steigendem Strom. Und die genaue Steilheit 
ist wie gesagt, nur eine Frage des Stromes (was in allen Datenblättern 
zu erkennen ist). Der bekannte Wert von etwa 2mV/°C gilt daher nur für 
sehr hinreichend kleine Ströme.

Wenn ich von dem von Arc Net geposteten Link ausgehe 
(http://www.fairchildsemi.com/ds/1N/1N4148.pdf), und bei 4mA schaue, 
dann sehe ich etwa 780mV für -40°C und 650mV für +65°C. Ergibt 130mV für 
105°C, also 1,24mV/°C. So ganz aus der Luft gerissen waren meine Angaben 
also nicht.

Ähnliches habe ich eben auch gemessen: Ich komme auf 1,4mV/°C für eine 
Diode über 1k an 5V und 1,8mV/°C bei 10k, was denke ich gut mit den 
2mV/°C für kleine Ströme übereinstimmt. (Ob die Werte jetzt wirklich 
genau passen kann ich nicht sagen, da man die Dioden nur schlecht heiß 
bekommt, aber die unterschiedlichen Werte zwischen 0,45mA und 4,5mA sind 
das wichtige aus das es mir ankommt.)


Ich gebe allerdings zu, 1,1mV/°C ist etwas wenig, da hatte ich mich von 
dem Diagramm von obigem Link etwas verleiten lassen, aber 2mV/°C passt 
definitiv auch nicht ganz, der reale Wert für einen nicht unendlich 
keinen Messstrom liegt irgendwo dazwischen (wie man auch an dem Wert von 
1,7mV/°C aus dem Tietzke & Schenk sieht).

Daher bleibt, wie ich schon mehrmals sagte, nur die Kalibrierung einer 
Diode mittels mehrerer Messwerte, alles andere ist nur Schätzen.

Autor: Zapp (Gast)
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Man sollte sich den Sensor genauer anschauen. Die Sperrschicht sollte 
guten Kontakt zur Umgebung machen, was bei einer Glasdiode schwierig 
ist. Dort kommt die Waerme ausschliesslich ueber die Pins rein, nicht 
ueber das Glas und Luftspalt. Eine SOT23 ist dadurch besser. Ich hab 
auch schon Temperaturregler mit Diode ausgeliefert. Da laesst man dem 
Kunden einen Kalibrationswert, wo er den Offset U(T=0) und die Steigung 
(mV/K) einfuellen kann. Offensichtlich ist der Wert der Steigung fuer 
einen konstanten Strom fuer ein Bauteil konstant. Wir haben einen 75k in 
Serie zur Diode an 2.5V, sodass ein paar Duzend uA fliessen.

Autor: M. Beffa (m_beffa)
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Ich habe eine 4148 mal für eine andere Andwendung ausgemessen:

http://www.mikrocontroller.net/attachment/46926/te...

Meine hatte -1.8mV/°C irgendwas...

Autor: Dieter S. (accutron)
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Die Abhängigkeit der Schleusenspg. von der Temperatur ist wiederum 
abhängig vom Strom. Bei einer 1N4148 kann es hinkommen, dass der 
Spannungsgradient ca. -1,8 mV/K ist bei einem Messstrom von 0,1 mA. Bei 
höheren Strömen fällt er betragsmäßig etwas ab. Natürlich wirken noch 
weitere Faktoren, nämlich der Energieabstand (materialspezifisch) und 
der Geometriefaktor (Bauelement-spezifisch).

Gruß

Dieter

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