Hallo,
dass man Dioden als Temperaturfühler einsetzen kann, dürfte ja bekannt
sein.
Bei Änderung der Temperatur ändert sich die Höhe der Flußspannung und
das läßt sich z.B. mit einem µC über den ADC einsampeln und auswerten.
Was mich interessieren würde, gibt es Dioden, die besonders gut für
Temperaturmessungen um die Raumtemperatur herum geeignet sind (25°C
plus/minus 10K), weil sie in diesem Bereich eine besonders hohe
temperaturabhängige Änderung der Flußspannung erfahren?
Zur Auswahl stehen
-Ge-Diode
-Si-Diode
-Schottky-Diode
-diverse Leuchtdioden
-...
(bitte gegebenenfalls Liste fortführen)
Mir ist klar, dass es Temperatursensoren fertig zu kaufen gibt - mich
würde trotzdem interessieren, welche Diodenart am besten geeignet ist.
Dem Gefühl nach tippe ich auf die Ge-Diode.
Meinem Gefühl nach hast du noch etliche weitere Diodenarten vergessen:
Z-Dioden
Tunneldioden
Fotodioden
usw.
Entweder selbst langwierige Versuchsreihe machen mit allen Kandidaten,
oder für wenig Geld einen MCP9700A kaufen.
Gruss
Alle Halbleiter folgen der exponentiellen Funktion
n ( T ) = n ⋅ 0 exp( − Eg ) / 2 ⋅ k ⋅ T
sind also prozentual gleich. Je reiner das Material, je geringer der
Fehler, das spricht für Silizium. Für 1 GradC ist aber auch das zu
ungenau. Temperatursensoren beispielsweise auf Chips zur Messung der
Chiptemperatur werden eher mit einer Toleranz von 5 GradC angegeben.
HaraldDräger schrieb:> dass man Dioden als Temperaturfühler einsetzen kann, dürfte ja bekannt> sein.
Aber man macht es nicht, weil jede Diode anders ist. Und deshalb
jedesmal eine aufwändige Zweipunktkalibrierung nötig ist...
> gibt es Dioden, die besonders gut für Temperaturmessungen um die> Raumtemperatur herum geeignet sind (25°C plus/minus 10K)
Was ist denn dein eigentliches Problem?
Für sowas gibts auch fertige Bausteine.
Vorne Diode (oder besser: Transistor) ran, hinten Temperatur über I2C
auslesen. Fertig.
http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/1402.pdf
Zu diesem Chip gibt es Menge AppNotes, da ist genau erklärt, warum man
die BE-Strecke eines Transistors nehmen sollte, und nicht "nur" eine
Diode.
Die im Datenblatt beschriebene Genauigkeit wird auch erreicht, habe das
Ding mal von -20 bis +120°C mit einem Thermoelement-Thermometer
verglichen.
Happy reading!
Da gibt es unterschiedliche Prozesse/Kennwerte am pn bzw.
Schottky-Übergang. Einige davon haben stärkere, andere schwächere
Temperaturkennwerte, manche mit positivem, manche mit negativem
Vorzeichen.
Die Durchflusspannung (bei konstantem Strom) soll ungefähr linear (in
erster Näherung) zur Temperatur sein, hier gilt D(Ge) = 2,3 mV/K, D(Si)
= 3,6 mV/K.
Der Sperrsättigungsstrom hängt (in Näherung) exponentiell vom
Temperaturunterschied zu 300K ab:
und
Auch hier wäre Si besser zum Detektieren.
Das bei Z-Dioden Zener- und Avalanche-Effekt so gegeneinander auswirken
können, dass die Sättigungssperrspannung recht temperaturunabhängig
werden kann, sollte bewußt sein.
--
Das Problem bei Dioden dürfte sein, dass die Effekte (a) recht klein und
(b) sehr exemplarabhängig sein dürften, also man höhstens
Temperaturunteschiede, schlecht aber absolute Temperaturwerte bestimmen
kann. Man muss also für jedes Exemplar die Anzeige kalibrieren.
HaraldDräger schrieb:> Was mich interessieren würde, gibt es Dioden, die besonders gut für> Temperaturmessungen um die Raumtemperatur herum geeignet sind (25°C> plus/minus 10K), weil sie in diesem Bereich eine besonders hohe> temperaturabhängige Änderung der Flußspannung erfahren?
Wie bereits gesagt: Die Änderung der Flussspannung ist überall gleich.
Wegen des geringen Sperrstroms würde ich eine Si-Diode bzw. eine Diode
aus einem Si-Transistor nehmen. Man kann die Genauigkeit übrigens
enorm steigern, wenn man die Flussspannung mit zwei verschiedenen
Strömen misst. Dann kann man den exemplarabhängigen Bahnwiderstand
nämlich herausrechnen. :-) In den achtziger Jahren gab es da mal
einen interessanten Schaltvorschlag (keine Bauanleitung) in der
Elektor. Leider weiss ich nicht mehr, in welchem Heft es stand.
Die Meßtoleranz liess sich dann auf wenige zehntel Grad herunter-
drücken.
Gruss
Harald
Harald Wilhelms schrieb:> Wie bereits gesagt: Die Änderung der Flussspannung ist überall gleich.> Wegen des geringen Sperrstroms würde ich eine Si-Diode bzw. eine Diode> aus einem Si-Transistor nehmen. Man kann die Genauigkeit übrigens> enorm steigern, wenn man die Flussspannung mit zwei verschiedenen> Strömen misst. Dann kann man den exemplarabhängigen Bahnwiderstand> nämlich herausrechnen. :-)
Genau, das Verfahren nennt sich Delta-Vbe Messung.
Von Analog Devices gibts ein Dokument, welches dieses Verfahren on-Chip
beschreibt.
Google nach "Measuring temperatures on computer chips with speed and
accuracy" und such darin nach delta Vbe.
Gerry
Harald Wilhelms schrieb:> Man kann die Genauigkeit übrigens> enorm steigern, wenn man die Flussspannung mit zwei verschiedenen> Strömen misst.
Das macht das erwähnte Bauteil von
Joerg L. schrieb:> Für sowas gibts auch fertige Bausteine.> Vorne Diode (oder besser: Transistor) ran, hinten Temperatur über I2C> auslesen. Fertig.> http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/1402.pdf> Zu diesem Chip gibt es Menge AppNotes, da ist genau erklärt, warum man> die BE-Strecke eines Transistors nehmen sollte, und nicht "nur" eine> Diode.
Danke für die vielen Antworten und die Formeln!
Ich hatte mal einen Temperaturfühler mit einer 1N4148 aufgebaut - die
temperaturabhängige Änderung/Temperaturauflösung war allerdings etwas
gering.
Deshalb kam mir die Frage oben in den Sinn.
Lothar Miller schrieb:>> gibt es Dioden, die besonders gut für Temperaturmessungen um die>> Raumtemperatur herum geeignet sind (25°C plus/minus 10K)> Was ist denn dein eigentliches Problem?
Theoretische Klärung der Frage oben. Es steckt kein Bauprojekt dahinter.
Wie MaWin schon erklärt hat, es macht normalerweise keinen Sinn.
Ich kenne eigentlich nur zwei Ausnahmen.
1. Wenn die Diode/Transistor in einem IC integriert ist und ich direkt
vor Ort messen möchte.
2. Wenn ich als Diode einen Transistor verwende der ein grosses Gehäuse
hat das ich direkt irgendwo anschrauben kann. Das ist manchmal ganz
praktisch.
Olaf
HaraldDräger schrieb:> Ich hatte mal einen Temperaturfühler mit einer 1N4148 aufgebaut - die> temperaturabhängige Änderung/Temperaturauflösung war allerdings etwas> gering.>> Deshalb kam mir die Frage oben in den Sinn.
Passende Schaltungen mit Digitalanzeige, allerdings ohne Delta-I
findet man in jedem besseren Datenblatt für den 7106.
Gruss
Harald
>Ich hatte mal einen Temperaturfühler mit einer 1N4148 aufgebaut - die
temperaturabhängige Änderung/Temperaturauflösung war allerdings etwas
gering.
Ein Frage der Sichtweise. Ein Typ-K Thermoelement bringt 40uV/K und ist
von -196 Grad bis 1000 Grad oder so brauchbar. Fuer Temperaturmessungen
sollte man sich relativ schnell von den controllerinternen 10Bit
wandlern loesen.
So schlecht sind Dioden als Sensor nicht. Mit dem Delta VBE-Verfahren
kommt man im Prinzip ganz ohne Kalibrieung aus. Man misst halt den Wert
kT/e. Was für eine Diode man da nutzt ist im Prinzip egal, wenn sie sich
wie eine Ideale Diode verhält - so etwas wie einer Transistor ist das
schon nicht so weit von entfernt - unabhängig vom genauen Typ und
Hersteller. Allerdings ist die Auswertung etwas aufwendiger.
Einfach nur die Abhängigkeit der Flussspannung von der Temperatur
braucht wenigstens eine 1 Punkt Kalibrierung - auch hier hat man im
Normalfall noch einen festen Punkt, weitgehend unabhängig vom Typ,
nämlich die Extrapolation zu 0 K.
Als Typen sind vor allen die Si Typen im Glasgehäuse (etwa 1N4148)
passend. Alternativ halt kleine Transistoren, ggf. auch im TO126 wegen
der Möglichkeit zum anschrauben. Ge Typen sind schon wegen der Alterung
ungeeignet.
Für tiefe Temperaturen (etwa 1..100 K) werden Dioden auch tatsächlich
als Sensor genutzt, allerdings dann mit individueller Kalibrierung.
