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负温度系数热敏电阻匹配电路设计摘要：不同型号的负温度系数（negativetemperaturecoefficientNTC）热敏电阻的特性是不同的在实际的应用中每种型号的热敏电阻根据使用场合的不同需要重新进行匹配电路设计。提出了评估NTC热敏电阻匹配电路设计的相关指标详细介绍了经验公式法和遍历法2种设计方法并对NTC热敏电阻匹配电路的使用场合以及实际使用中器件的布局与走线的注意事项进行了阐述。测试结果表明：这2种匹配电路方法具有复杂度低灵敏度高实用性强的特点。关键词：负温度系数；热敏电阻；电骆设计中图分类号：TH811文献标识码：A文章编号：1005-3824（2014）01-0069-020引言NTC热敏电阻价格便宜、电路简单在很多的电路设计中用于温度检测。不同的型号NTC器件在电路结构上通常是一样的但是对应的电路中的匹配电阻值是不同的。本文利用NTC热敏电阻的特性提出了NTC热敏电阻匹配电路的设计方法和实际运用中的注意事项。1热敏电阻的特性NTC热敏电阻的阻值R（T）与温度T的关系的一般数学表达式为R（T）=R（T0）×eB其中：R（T）是温度T（K）时的电阻值；R（T0）是温度T0（K）时的电阻值；B是NTC热敏电阻的材料常数又叫热敏指数；T（K）=t（℃）+273.15[12]。NTC热敏电阻通过增加外部的匹配电路在某个温度范围内实现尽可能将温度线性地转换为电压。2匹配电路设计2.1电路结构图1中VDD是电源电压；C1/C2是用于滤波的电容其容值根据使用场合的改变而定；R1/R2是精度为1%的电阻；RT是精度为1%的NTC热敏电阻；R6是后端的ADC或者其他器件的输入阻抗[3]。2.2理论计算如图1中到后端ADC或者其他器件的电压是v（T）v（T）=VDD×RT//R2//R6R1+（RT//T2//T6）设Rp=R1//R2//R6v（T）=VDD×RpR1×RTRp+RT温度T时电压对温度的斜率是d（v（T））dTd（v（T））dT=-B×VDD×RpR1×RT（Rp+RT）2×T2（1）温度T时电压对温度的二次导数是d2（v（T））dT2d2（v（T））dT2=B×VDD×RpR1×RT（Rp+RT）3×T4×（B×Rp-B×RT+2T×Rp+2T×RT）在温度T时如果电压对温度线性变化则要求电压对温度的二次导数等于零即d2（v（T））dT2=0由此可以得到B×Rp-B×RT+2T×Rp+2T×RT=0。从而Rp=B-2TB+2T×RT（2）一般情况下ADC的输入阻抗R6是1兆欧姆或者更大。实际应用中考虑到准确性和简单性R1和R2一般选择E96系列的1%的电阻[4]。2.3匹配后的电路需要考量的指标1）NTC热敏电阻的自发热功率。如果自发热功率引起的温度偏差要求为0.05℃按照50℃/W来计算（0.05℃）/（50℃/W）=1mW也就是说NTC的自发热功率需要小于1mW[5]。2）在系统工作的最大温度范围内匹配电路输出的最小电压和最大电压。匹配电路后面的ADC或者其他电路一般情况下会有一个范围要求那么匹配电路输出的最小电压、最大电压都需要在ADC或者其他电路的要求范围之内。3）电压/温度变化比。在系统工作时重点关心的温度点或者温度范围所对应的“电压/温度变化比”越大则电路灵敏度越高。2.4具体的匹配方法下面介绍2种方法来分析不同应用场合时的电路匹配参数分别是经验公式法和遍历法。经验公式方法是使用NTC的一些近似公式和“电压/温度变化比”曲线的对称性来得到电路的匹配参数；遍历方法是R1和R2在电阻系列里的所有值进行遍历然后根据考虑的指标选择最优值。1）应用场合一：实际应用中如果只是关心某个温度点或者很小范围的温度[6]。使用简化方法可以利用公式2计算得到Rp。R2可以省去不贴于是R1=R6×RpR6-Rp；如果后端的ADC或者其他器件的输入阻抗是高阻可以简化为R1=Rp。2）应用场合二：实际应用中如果关心的温度范围比较大例如从-10℃～90℃[7]。方法1：经验公式法。先找到温度范围的中间温度点（-10+90）/2=40℃利用公式2可以得到Rp根据Rp选择R1和R2；取一个靠近Rp并且比Rp大的一个电阻值作为R1（一般要比Rp大1.08