نمایش مبدأ برای سنسور دمای شکاف‌باند سیلیکونی

'''سنسور دمای شکاف‌باند سیلیکونی''' یک شکل بسیار متداول از سنسور دما ([[دماسنج]]) است که در تجهیزات الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. مزیت اصلی آن این است که می‌توان آن را در یک [[مدار مجتمع]] سیلیکون با هزینه بسیار کم گنجانید. اصل سنسور این است که ولتاژ مستقیم یک [[دیود]] [[سیلیسیم|سیلیکونی]]، که ممکن است محل پیوند بیس-امیتر یک [[ترانزیستور پیوندی دوقطبی|ترانزیستور اتصال دو قطبی]] (BJT) باشد،<ref>{{Cite journal|last=Widlar|first=R.J.|date=January 1967|title=An exact expression for the thermal variation of the emitter base voltage of bi-polar transistors|url=https://ieeexplore.ieee.org/document/1447326|journal=Proceedings of the IEEE|volume=55|issue=1|pages=96–97|doi=10.1109/PROC.1967.5396|issn=0018-9219}}</ref> مطابق با معادله زیر وابسته به دما است: 

: <math>V_{BE}=V_{G0}\left(1-{\frac{T}{T_0}}\right)+V_{BE0}\left(\frac{T}{T_0}\right)+
  \left(\frac{nKT}{q}\right)\ln\left(\frac{T_0}{T}\right)+
  \left(\frac{KT}{q}\right)\ln\left(\frac{I_C}{I_{C0}}\right) \,</math>

در اینجا 

: ''T'' = درجه حرارت در [[کلوین]]، 
: ''T'' <sub>0</sub> = درجه حرارت مرجع، 
: ''V'' <sub>''G'' 0</sub> = ولتاژ [[نوار ممنوعه|شکاف‌باند]] در [[صفر مطلق]]، 
: ''V'' <sub>''BE'' 0</sub> = ولتاژ پیوند در دمای ''T'' <sub>0</sub> و جریان ''I'' <sub>C0</sub>، 
: ''K'' = [[ثابت بولتسمان|ثابت بولتزمن]]، 
: ''q'' = بار یک [[الکترون]]، 
: ''n'' = ثابت وابسته به قطعه. 

[[پرونده:Bandgap-reference.svg|بندانگشتی| مدار مرجع شکاف‌باند برکو]]
با مقایسه ولتاژ دو پیوند در یک درجه حرارت یکسان اما در دو جریان مختلف ''I''<sub>C1</sub> و ''I''<sub>C2</sub> بسیاری از متغیرهای موجود در معادله فوق را می‌توان از بین برد و در نتیجه این رابطه حاصل می‌شود: 

: <math>\Delta V_{BE}=\frac{KT}{q}\cdot\ln\left(\frac{I_{C1}}{I_{C2}}\right) \,</math>

توجه داشته باشید که ولتاژ پیوند تابعی از چگالی جریان است، یعنی ناحیه جریان /پیوند، و یک ولتاژ خروجی مشابه را می‌توان با کارکرد دو پیوند در همان جریان، اگر یکی از سطوح متفاوت با دیگری باشد، به‌دست آورد. 

مداری که ''I''<sub>C1</sub> و ''I''<sub>C2</sub> را مجبور به نسبت ثابت N: 1 می‌کند،<ref name="bryant">
James Bryant.
[http://www.analog.com/static/imported-files/rarely_asked_questions/moreInfo_raq_gapTempSensors.html "IC Temperature Sensors"] {{Webarchive|url=https://archive.today/20130827154740/http://www.analog.com/static/imported-files/rarely_asked_questions/moreInfo_raq_gapTempSensors.html|date=2013-08-27}}.
Analog Devices.
2008.
</ref> این رابطه را می‌دهد: 

: <math>\Delta V_{BE}=\frac{KT}{q}\cdot\ln\left(N\right) \,</math>

یک مدار الکترونیکی، مانند [[مرجع bandgap brokaw |مرجع شکاف‌باند برکو]]، که اندازه‌گیری Δ''V''<sub>''BE''</sub> را می‌توان برای محاسبه دمای دیود استفاده کرد. نتیجه تا حدود ۲۰۰ تا ۲۵۰ [[سلسیوس|درجه سانتیگراد]] معتبر است، هنگامی که جریان‌های نشتی به اندازه کافی بزرگ می‌شوند اندازه‌گیری را خراب می‌کنند. بالاتر از این دما می‌توان از موادی مانند [[کاربید سیلیسیوم|کاربید سیلیکون]] به جای سیلیکون استفاده کرد. 

اختلاف ولتاژ بین [[اتصال پی-ان|دو پیوند pn]] (به عنوان مثال [[دیود]])، در چگالی جریان‌های مختلف کار می‌کند، متناسب با دمای مطلق (PTAT) است. 

مدارهای PTAT با استفاده از ترانزیستورهای [[ترانزیستور پیوندی دوقطبی|بی‌جی‌تی]] یا [[سیماس]] به‌طور گسترده در سنسورهای دما، مورد استفاده قرار می‌گیرند (جایی که ما می‌خواهیم خروجی با دما متغیر باشد)، و همچنین در مراجع ولتاژ شکاف‌باند و سایر مدارهای جبران‌کننده دما (جایی که ما در هر دما می‌خواهیم خروجی یکسان داشته باشیم).<ref name="bryant">
James Bryant.
[http://www.analog.com/static/imported-files/rarely_asked_questions/moreInfo_raq_gapTempSensors.html "IC Temperature Sensors"] {{Webarchive|url=https://archive.today/20130827154740/http://www.analog.com/static/imported-files/rarely_asked_questions/moreInfo_raq_gapTempSensors.html|date=2013-08-27}}.
Analog Devices.
2008.
</ref><ref>
C. Rossi, C. Galup-Montoro, and M. C. Schneider.
[http://iie.fing.edu.uy/investigacion/grupos/microele/papers/nsti07_ptat.pdf "PTAT Voltage Generator based on an MOS Voltage Divider"].
Nanotechnology Conference and Trade Show, Technical Proceedings, 2007.
</ref><ref>
Andre Luiz Aita and Cesar Ramos Rodrigues.
[http://cobre.eletrica.ufpr.br/chipin/sbcci/accepted/220.html "PTAT CMOS Current Sources Mismatch over Temperature"].
The 26th Symposium on Integrated Circuits and System Design (SBCCI 2013).
2013.
</ref> 

اگر دقت بالایی لازم نباشد، کافی است یک دیود را با جریان پایینی بایاس کنید و از ضریب حرارتی mV /˚C -2 آن برای محاسبه دما استفاده کنید، اما برای هر نوع دیودی به [[کالیبراسیون]] نیاز دارد. این روش در سنسورهای دمای یکپارچه متداول است. <ref name="bryant2">James Bryant. [http://www.analog.com/static/imported-files/rarely_asked_questions/moreInfo_raq_gapTempSensors.html "IC Temperature Sensors"] {{webarchive|url=https://archive.today/20130827154740/http://www.analog.com/static/imported-files/rarely_asked_questions/moreInfo_raq_gapTempSensors.html|date=2013-08-27}}. Analog Devices. 2008.</ref> 

== منابع ==
{{پانویس}}
* {{Cite journal|last=R. J. Widlar|date=Jan 1967|title=An exact expression for the thermal variation of the emitter base voltage of bi-polar transistors|journal=Proceedings of the IEEE|volume=55|issue=1|pages=96–97|doi=10.1109/PROC.1967.5396}} 

== پیوند به بیرون ==
* [http://www.analog.com/static/imported-files/application_notes/AN_892.pdf تئوری سنجش دما و تکنیک‌های عملی] ، دستگاه‌های آنالوگ 
* [http://www.ti.com/lit/an/snoa748c/snoa748c.pdf سنسورهای دمای یکپارچه دقیق] ، TI (سابقاً نیمه هادی ملی)

{{حسگرها}}
[[رده:الکترونیک]]
[[رده:دماسنج‌ها]]
[[رده:صفحات با ترجمه بازبینی‌نشده]]