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物联网以基础软硬件、互联网技术联合，开动智能电子产品……
演讲人：杨正龙时间： 10:00:00
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基于AD7799的热敏电阻高精度测温系统
[导读]针对海洋中投弃式仪器的快速响应高精度测温要求，提出了一种基于AD7799的热敏电阻测温设计方案。该方案采用24位△-∑高精度A／D转换器AD7799为核心部件，以高灵敏度负温度系数热敏电阻为温度传感器，MSP430单片机为MCU，实现了系统的数字化；通过多点校准插值的方法使系统获得测温高精度。经过大量实验证明该系统工作稳定，可靠性高。实验数据表明系统的分辨率超过0．001℃，测温精度可达0．02℃。
在海洋调查中，对于温度参数的获取存在环境因素上的特殊性。由于海洋中水团边界相互叠置，同时不同水层有温度梯度等，要求系统具有高灵敏度；在海水的剖面测量中，当在运动的载体上测温(如投弃式CTD等)时，就要求系统传感器有足够的时间常数；而在海洋的一定深度下，温度的差别微乎其微，系统必须具有很高的精度。本系统中，主要选用24位的AD7799和NTC(负温度系数)玻封热敏电阻，实现了对温度的快速、高灵敏度和高精度测量。
1 高精度测温系统组成
&&& 该测温系统是&投弃式温盐深海流剖面测量系统&的测温部分，采用MSP430为MCU，精密的基准电压模块为A／D转换器提供参考电压，同时也为热敏电阻电桥提供激励源，AD7799的第3通道为测温通道，其余2通道用于测量其他参数。MCU将采集的数据通过RS485发送给工作站。其系统框图如图1所示。本文引用地址:
2 高精度测温系统硬件设计
2．1 AD7799及其应用
&&& 系统的测温分辨力及精度主要取决于A／D转换单元，这里选用高精度、宽动态范围、3通道24位△-&型AD7799，该器件有完整的模拟前端，可直接测量传感器输出的微弱信号，转换精度达到24位无误码，采用三线串行口与MCU连接。AD7799具有以下特点：内置1～128增益的低噪声可编程仪表放大器；4．17～470 Hz的可编程输出数据速率；3个差分输入通道；50 Hz和60 Hz同步陷波，消除工频电源干扰；极低的均方根(RMS)噪声；低功耗；采用16引脚TSSOP封装，如图2为AD7799的引脚配置。
&&& 设计中AD7799通过SPI串行接口与MSP430单片机连接，通过软件设置其第3通道为测温通道，转换频率为50Hz，内部增益为2可达到满意的测量效果。
&&& AD7799是一个高精度A／D转换器，为达到理想的使用效果，在具体设计中需要注意：A／D模拟输入端一般在缓冲器模式，以增加A／D转换器的输入电阻，减少信号源内阻对结果的影响；输入端最好采用全差分模式，避免AIN-接地，减少地线噪声干扰；差分信号线要短且对称；数字电路和模拟电路尽可能分开，避免相互交叠；信号线尽可能走焊盘面；AD7799的GND引脚和REFN-均与模拟地相连，数字地和模拟地应在同一点相连，AD7799位于这个连接点的上方；数字电源、模拟电源和参考电源相互隔离，并且都要用10&F钽电容和0．1&斗F瓷片电容去耦，电容尽量靠近电源引脚。
2．2 温度传感器及其组成模块
&&& 系统温度传感器选用热敏电阻，热敏电阻具有以下特点：1)很大的负电阻温度系数，因此其温度测量灵敏度高；2)体积小，故热容量很小，可用于快速变化温度的测量；3)响应速度快，尤其是珠状玻封热敏电阻，其响应时间低于50 ms；4)具有很大的电阻值(k&O级)，因此导线电阻及接触电阻对测量的影响可忽略。该系统选用MF51型高精度热敏电阻，温漂为0．002℃／a。
&&& 系统硬件连接如图3所示，基准电压选用ISL21009BFB812Z，该芯片输出1．250 V基准电压，精度可达&0．5 mV，温漂为3 ppm／℃，作为AD7799的参考电压，同时其输出电流达7 mA，可为测温电桥的激励源。测温电桥中的3个电阻与热敏电阻RT构成一个单臂电桥，热敏电阻RT随温度的变化引起电桥的电位差发生变化。系统中R1、R2、R3均为7．5 k&O(1／1000)25 ppm的标准精密金属膜电阻，热敏电阻阻值在3～15 k&O变化(相当于温度在40～-4℃范围内的变化，此为海洋温度范围)形成-0．20～0．25 V的差分信号输出。
3 测温电路校准方法
&&& MF51型热敏电阻的电阻值R与温度t之间存在着严重的非线性关系，如图4所示，因此，对其进行校准、计算所采用的方法也是影响测温精度的关键。常见的R-t建模方法有B值法(B为温度量纲，与热敏电阻材料有关)、Steinhart-hart方程法、分段拟合法等，但这些方法都不能满足测量精度的要求。
&&& 为得到高精度的R-t关系，设计中不是单独校准热敏电阻，而是采用热敏电阻与测温电路共同校准的方法，这样，可以最大限度减小诸如电桥电阻容差、元器件温漂、A／D模块的缓冲电压失调等元器件本身的非理想特性所带来的系统误差。
&&& 利用HJ6A型低温恒温试验箱为热敏电阻提供不同的温度环境，在-4～40℃间相对均匀地取100个温度点，记录此100个温度点下热敏电阻输出所对应的A／D转换值，以此为基础利用插值法，在实际测量中MCU根据即时的A／D转换值可计算得到当前温度值。
&&& 该方法虽然需要对每个系统都要单独测量大量温度值和所对应的A／D转换值，但是系统最终的测量精度仅依赖于后期的校正，避免了器件个体差异对精度的影响。
4 高精度测温系统软件设计
&&& 系统软件是在IAR Embedded Workbench开发环境下采用C语言对单片机编程。单片机通过对AD7799片内寄存器的编程，即通过写其中的寄存器，来实现通道选择、增益选择、转换速度选择和A／D转换等功能。不管读写哪个寄存器，单片机都必须先写通信寄存器，以确定下一步是读或写，是访问哪一个寄存器。软件设计流程如图5所示。
&&& 在对AD7799的参数配置中，要注意增益倍数和转换频率的设置。增益倍数越大，A／D转换稳定的位数就越少；而转换频率太高，也会影响器件的精度。因此，根据基准电压计传感器的输出信号，配置放大倍数为2；考虑到系统对响应时间的要求，将转换频率配置50 Hz，可达到20位以上的均方值RMS精度。
5 实验结果
&&& 利用HJ6A低温恒温试验箱为系统提供多个温度点进行温度测量精度验证，表1为系统部分测量数据，可以看出，本系统测温精度可达到0．02℃。
&&& 此外，系统还搭载中科院南海所实验1号实验船进行了为期1个月的海上实验，期间进行了3套系统对海洋剖面参数的测量，测试结果证明，本系统性能可靠，精确度高。表2为南海实验水温随深度变化的部分数据。
&&& 该测温系统系&投弃式温盐深海流剖面测量系统&的测温部分，要求系统必须功耗低、精度高。本测温系统充分利用了AD7799的高精度、低功耗、多通道特点，实现了对海洋温度的精确测量，测量精度可达0．02℃，系统分辨率超过0．001℃。经过海上实际环境试验，系统工作可靠。同时本系统结构简单，对于AD7799在测量压力、流量、气体浓度等和应用热敏电阻的高精度测温方面有一定的参考作用。
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我 要 评 论
热门关键词向各位高手请教一个由TL431、三极管和MOS管组成的稳压电路的问题
现在需要一个将一个输入为12V多一点到17点几伏的电压，稳压到12V，输出电流能力可以达到2—3A的电路，但是我的硬件电路设计能力太低不会计算参数，因此想向各位高手请教。我查到一个电路，不知道能不能大道上述要求，请各位高手帮忙分析一下，另外设计电路时参数怎么确定。先感谢大家了！
(原文件名:1111.JPG)
R3要小于1K，R2和R5要根据Q1和T1的参数来选取。
很简单的，就是根据各个参数范围解个不等式嘛。
谢谢一楼的回复！但是你能不能说的详细一点，能不能讲一下电路的工作原理，我真是不太会分析计算。我看TL431的资料说阴极输入电流范围是1—100mA，你说R3不要小于1K是不是从这方面考虑的？还有一个重要的公式Vo=（1+R1/R2）*Vref,图中就是R6、R4，这样一算是不是就得出了431阴极的电位？还请明示一下。
为啥不直接找个集成稳压3A的？
谢谢3楼关注！因为现在整个电路17.4V的太阳能电池板给12V的蓄电池充电，然后给外部提供稳定的12V电压，电池板电量充足时，也可以直接给外部电路经降压稳压供电。一般稳压芯片输入电压都得比输出高2—3V以上，而蓄电池的额定电压是12V，这里必须得用低压差稳压器，但是我查了，没有很合适的。有个LM2940CT-12的，但是输出最大电流只有1A，还有其他的输出电压可调的，电流也有2A、3A的但是对输入电压又有限制，我查的一个最高的输入电压是12V，还有最高为9V的。所以才想到用431搭建一个电路。或这各位知道的话给我推荐一个可以满足要求的低压差芯片
T1由VDS，ID确定，R4,R6由Vo=（1+R6/R4）*Vref，R6+R4为K级确定，
先确定Q1的IC=IE=0.2mA（随便）,T1的传输特线确定Vgs，IR2=IC-&R2，Q1的放大倍数为-R2/R5，TL431放大倍数为-1000
R3由TL431工作电流和Q1基极电压确定
谢谢5楼的帮助！我思考思考。
【4楼】 longfeixue
可以考虑AOZ1014，不过Recommend 16V，Absolute 18V，如果太阳能板带载后低于16V的话就合适了。
谢谢7楼的推荐！１２Ｖ的蓄电池配套的电池板的开路电压是２１Ｖ，最佳工作电压是１７.４Ｖ，接入控制器负载后工作电压大概是１７Ｖ，对AOZ1014来说输入电压还是偏高，唯一的方法是否先对电池板降压到１６Ｖ一下再对外供电了。另外，AOZ1014能不能实现低压差稳压，比如对蓄电池而言１２点几伏或１３点几伏的电压也能稳定到１２Ｖ输出？
AOZ1014占空比可以达到100%,理论上可以0压差。
奥，谢谢9楼!那压差的问题就没事了
【5楼】 cvaX
你说的“IR2=IC-&R2，Q1的放大倍数为-R2/R5”是怎么确定的？三极管的放大倍数不是确定的吗？这个三极管到底应该工作在放大状态还是饱和状态？请进一步解释一下，谢谢！
楼主电路对MOS管的参数够挑。多加一个电阻，改一下参数，就能对各种MOS都能很好的适应了。
(原文件名:未命名.PNG)
嗯，谢谢12楼的热心指导！你能不能给我讲一下加这个电阻是怎么起作用的？另外这几个参数你是如何确定的？我对这个电路的工作过程还是不太清楚，还请不吝赐教，谢谢！
【12楼】 cowboy
R6是提供一个内反馈，缩短TL431这个大环的响应周期吧。
修改原因：措辞
如果是做产品的，这种传统架构损耗就大了点。
就算用这个基本架构，实际应用还得考虑TL431稳定性问题
R6上加电容，R6上面的电压从VIN 上取
【14楼】 shihantu2
除此之外，还有把Q1射极抬高一个电压，避免Q1不能完全截止。
【15楼】 xyyy
R6（10K）上面的电压从VIN取有什么好处？我觉得从VOUT上取好点。
在什么时刻Q1需要完全截止？
这电路怎么工作的？谁能解释下MOS 的DS间的电压不是很大？MOS管会不会发热严重？烧掉？
谢谢各位的热心关注！学习学习!不过感觉15楼说的TL431稳定性的问题好像确是一个问题，还有楼上的问题也是我的疑惑，还请大家多多指教。特别是 cowboy 的意见很有创建性，多谢！
好像是个振荡器，不是稳压电源。
很感谢楼上的指导！！
按你说的意思我把电路改成了这样
(原文件名:未命名.JPG)
我还想问一下R6上加一个0.01uF的电容是起什么作用的？纹波电压确实有些大，采用什么方法再降低一些？还是此电路结构本身的局限？
C1,C4防止高频自激，C1还抑制纹波输出（一般技校里好像叫什么“加速”电容）
L1和C4没必要了吧！
我觉的如果够成反馈环，就很有必要，前阵弄过锯齿波电路，就是因为这样一个看起来可有可无的，不起眼的小电容，却浪费了我一个星期时间来调试。
电流大，噪声大，加个电感能好点，如果输出只要求几百毫安的电流，纹波应该能控制在10mV以内。
22楼的电路,说纹波大,请问纹波的频率是多高的?
也许这个纹波是反馈环振荡的现象.如果振荡了,L1和C4应该去掉,或者调整.
太阳能电池供电，纹波从哪里来？
谢谢各位关注！我在一些采用开关电源芯片稳压的电路上看到有在输出端加电感的，如LM2596.这个电路感觉是串联型稳压的吧。电感和电容是防止高频自激振荡的？关于电感和纹波的问题还请指教一下，谢谢！
是串联型稳压，与开关电源工作原理不同，串联型稳压输出端很少见加电感，要加也是加在电压取样之后而不在是电压取样之前，否则可能引入自激振荡。
谢谢 cowboy ！“要加也是加在电压取样之后而不在是电压取样之前，否则可能引入自激振荡”这一句我感觉是比较有道理的。
这个是市场部给的典型应用原理图，前面部分与22楼的完全相同，它另外还加了5823这个20V峰值保护管。
具体应用时可灵活修改参数，如果输入是纯净直流，仅仅是降压，电解电容可能没必要这么大，电感也可省去，但C4还是保留为好
(原文件名:输出.jpg)
嗯，谢谢 xyyy 热心指导！我准备焊个电路实验一下。
要分清开关电源和线性电源
明白你的意思。开关电源大致有三种拓扑，而这三种拓扑可以根据电感的位置来确定，接在输入端的为boost，接在。。。。所以，看到电感接在输出端就会认为它是个buck型开关电源。这样顺着推没错，但反过来，电感接在输出端，电感前面的不看，能推出来这个一定是开关电源吗？
过去，教科书上认为电感体积大，成本高，再加上磁学是大多数的电学工程师的软肋，所以对电感没什么好感，一般很少用。但随着电感制造工艺的进步，这种状况已改变，成本，体积都可接受了，LC滤波比RC滤波斜率大一半，效果这么好，何乐而不用呢
等级：------
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谢谢3楼关注！因为现在整个电路17.4V的太阳能电池板给12V的蓄电池充电，然后给外部提供稳定的12V电压，电池板电量充足时，也可以直接给外部电路经降压稳压供电。一般稳压芯片输入电压都得比输出高2—3V以上，而蓄电池的额定电压是12V，这里必须得用低压差稳压器，但是我查了，没有很合适的。有个LM2940CT-12的，但是输出最大电流只有1A，还有其他的输出电压可调的，电流也有2A、3A的但是对输入电压又有限制，我查的一个最高的输入电压是12V，还有最高为9V的。所以才想到用431搭建一个电路。或这各位知道的话给我推荐一个可以满足要求的低压差芯片&&
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29302是2A的ldo
我也问那个弱弱的问题 Q1什么时候需要截止啊？Q1的作用是什么啊 ？
这个贴就这么沉了吗&&？大侠来解答下我们新手的迷惑啊&&。
阿莫电子论坛, 原"中国电子开发网"对一道含二极管的交流电路的试题分析_图文_百度文库
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对一道含二极管的交流电路的试题分析
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求解 一个三极管搭的简单 开关电路 的疑惑
02:05:38　　
手下&&下图就是我搭的电路，该电路是搭在面包板上面的。&&这个电路饿目的就是为了推动R3（这里只是用这个R3来表示负载），让两个管子都饱和导通，让R3也获得单片机所输出的方波波形。
测试电路2.jpg (17.66 KB, 下载次数: 1)
01:09 上传
然后下图首先给出 单片机 发送的40KHz ，50%占空比信号，我用示波器实际测试的，这个波形是达到要求的。
单片机波形.jpg (39.21 KB, 下载次数: 0)
01:13 上传
下图3是 在 9014&&集电极 上面的波形&&这个波形在 单片机不输出信号的时候 一直保持12V的电压& &当单片机输出脉冲40KHz时候&&就是如下波形
可以看到该波形 在下跳的时候很快（也就是饱和导通那一下，速度很快），但在上升的时候有点坡度，和单片机输出波形有明显的坡度差异
10K爬坡.jpg (42.8 KB, 下载次数: 1)
01:21 上传
上图3 ，我个人理解为9014 CE结有电容，在关断的那一下，电容从0V 通过R2 到12V电源，进行充电，积分效应，才会出现那个爬坡，而且可以看出这个电容起码几百pf，才能有这种爬坡效果。我在这种三极管参数上面看到 三极管级间电容都是几pf左右，但是在关断的时候，实际测出来它要大很多。。。
下图4&&给出 测出来的， 8550集电极 在单片机有40KHz脉冲输出时候的波形
10K8550集电极.jpg (38.38 KB, 下载次数: 1)
01:37 上传
在单片机没有信号的时候，8550处于关断情况，集电极上面没有电压，
在有信号的会后，可以看到&&这个波形在12V的基准上有一个小小的下三角形跳变，基本还是12V左右的电压& & 这个和预想（50%占空比的方波）完全不符& &
我个人认为上图情况，8550在CE结同样存在电容，按照理论上1个周期&&50%占空比&&来说&&在50%为高电平的时候，9014饱和导通，8550饱和导通， 从而8550集电极上面应该是12V左右电压。
在50%为低电平的时候 8550会被关断，但是此时CE结有电容，且充电冲满了的，此时会通过R3放电，所以才看到了图4那个下三角。
由此可以看到在R3上的波形更不能达到要求，根本就不是方波。
下面我把电阻大小都变一下，全部变为2K，如图5，
2K2K.jpg (18.88 KB, 下载次数: 1)
01:52 上传
此时在 集电极输出波形如下 图6&&（9014集电极 波形 ）& & 图7（8550集电极波形）
2K9014.jpg (42.3 KB, 下载次数: 1)
01:56 上传
2K8550.jpg (44.31 KB, 下载次数: 1)
01:56 上传
可以看到& &由于电阻小了&&9014通过R2的充电时间&&和8550通过R3的放电时间都变短了，图7可以看到有明显的下降了&&但占空比虽和50%理想情况差很远， 而且图7 可以看到放电根本没有放完 下一个周期又来了，于是又是12V了
由于三极管在关断那一下存在电容很大，请问开关管是不是要好点，在关断那一下能够让其退出饱和时间更快？ 最好在1us时间里面就充放电完成的那种&&求具体型号
09:15:22　　
9014基极接一个下拉电阻到地试试。还有8550基极到发射极也接上拉电阻。有助于截止。
10:36:52　　
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... 1&uk=&&
社区之星第十六期--资深工程师指点：如何走好电路设计之路
高手问答第11期：与张飞老师一起成为硬件电路设计的expert
（张飞老师QQ:）
13:00:10　　
9014基极接一个下拉电阻到地试试。还有8550基极到发射极也接上拉电阻。有助于截止。 ...
由于我是用的单片机P1口来推动9014，这个口自带了30K 上拉电阻，如果再接一个下拉到地，那就形成分压了，不一定能让9014导通& &，
另外在9014基级接一个下拉电阻，让其截止快 是什么原理？
至于8550 射级和基级接一个电阻 以便于截止，这个是什么原理？ 忘 指教一下
14:52:44　　
我觉得你电路里R1太大了。
16:28:31　　
三极管由导通到截止的时候，在发射极和基极之间接一个电阻，会有助于PN结电荷的快速平衡达到快速截止。所以9014要接下拉电阻到地。电阻值要适当选择，不需要太小，不会影响高电平导通。具体数值自己试验一下。8550同理。
14:56:21　　
三极管由导通到截止的时候，在发射极和基极之间接一个电阻，会有助于PN结电荷的快速平衡达到快速截止。所以 ...
下拉电阻工作原理就是将工作信号电平接地拉低，同时也连接三极管E级形成输出电压负反馈作用。
09:14:23　　
下拉电阻工作原理就是将工作信号电平接地拉低，同时也连接三极管E级形成输出电压负反馈作用。
9014三极管E极接地，哪来的电压？又如何反馈？8550的E极接电源，电压固定不变，怎么反馈？
11:13:20　　
多谢指导，是我没有看清楚图纸，这里9014应该是NPN类型三极管，而8550则是PNP类型三极管。
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