سنسور دمای نیمه هادی (Semiconductor Temperature Sensor)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
سنسور دمای نیمه هادی (Semiconductor Temperature Sensor) :
سنسورهای دمای نیمه هادی بر اساس ویژگی های پیوندهای نیمه هادی (معمولا سیلیکون) کار می کنند. دو اصل فیزیکی پایه در این سنسورها وجود دارد: وابستگی ولتاژ بایاس مستقیم یک دیود (یا ترانزیستور) به دما، و وابستگی جریان اشباع معکوس به دما. با بایاس کردن یک ترانزیستور با جریان ثابت، ولتاژ بیس-امیتر (
\[ V_{BE} \]) با دما رابطه تقریبا خطی دارد (حدود ۲- میلی ولت بر درجه سلسیوس).
ساده ترین نوع، دیود دمایی است. با تغذیه جریان ثابت، افت ولتاژ دیود متناسب با دما تغییر می کند. رابطه نظری آن از فیزیک نیمه هادی ها به دست می آید:
\[ V_{BE} = \frac{kT}{q} \ln\left(\frac{I_C}{I_S}\right) \]که در آن
\[ k \]ثابت بولتزمن،
\[ q \]بار الکترون،
\[ I_C \]جریان کلکتور و
\[ I_S \]جریان اشباع معکوس است.
\[ I_S \]خود به شدت به دما وابسته است، بنابراین رابطه کلی خطی نیست اما در بازه محدود قابل قبول است.
\[ V_{BE} = \frac{kT}{q} \ln\left(\frac{I_C}{I_S(T)}\right) \]برای بهبود خطی گی، از مدارهای باندگپ (Bandgap) استفاده می شود که اختلاف ولتاژ دو ترانزیستور با جریان های مختلف را اندازه می گیرند. این اختلاف مستقیما با دمای مطلق متناسب است (
\[ \Delta V_{BE} = \frac{kT}{q} \ln(n) \]). سنسورهای مجتمع (مانند LM35، TMP36) از همین اصل استفاده می کنند و خروجی ولتاژ کالیبره شده (مثلا ۱۰ میلی ولت بر درجه سلسیوس) ارائه می دهند.
این سنسورها ارزان، خطی و دارای خروجی قابل پردازش مستقیم هستند، اما گستره دمایی محدودی دارند (معمولا ۵۵- تا ۱۵۰ درجه سلسیوس) و برای دماهای بالا مناسب نیستند. آنها به صورت مجتمع با مدارهای شرطی سازی و حتی مبدل آنالوگ به دیجیتال ساخته می شوند.
کاربردهای گسترده در دستگاه های الکترونیکی مصرفی، کامپیوترها (پایش دمای پردازنده)، تلفن های هوشمند و سیستم های نهفته دارند. زمان پاسخ آنها متوسط است. برخی از انواع جدید از مواد نیمه هادی با شکاف باند وسیع تر (مانند کاربید سیلیکون) برای دماهای بالاتر ساخته می شوند.
