本文是 AAC 模擬電路集的一部分，介紹了一種簡(jiǎn)單的電路，使您只需一個(gè)二極管和一個(gè) BJT 即可測(cè)量溫度。

　　如果您曾在周六下午瀏覽二極管數(shù)據(jù)表中的圖表和性能曲線，您可能會(huì)注意到一個(gè)有趣的細(xì)節(jié)：標(biāo)準(zhǔn)硅二極管在正向電壓和溫度之間具有令人愉快的線性關(guān)系。例如，下圖取自Vishay 制造的 1N4148 二極管的數(shù)據(jù)表：

　　取自此數(shù)據(jù)表。
　　如果正向電流保持恒定，則正向電壓隨著溫度升高而線性下降。即使正向電流略有變化，您仍然可以制作一個(gè)像樣的溫度計(jì)，但電壓和溫度之間的關(guān)系不太線性。另一個(gè)值得注意的細(xì)節(jié)是，斜率的大小隨著正向電流的減小而增大。換句話說，正向電流較低時(shí)，正向電壓對(duì)溫度變化更敏感。
　　假設(shè)您有一個(gè)二極管，其正向電流變化不大。我們還假設(shè)該電路具有一個(gè)有源組件，可以放大二極管因溫度引起的相當(dāng)小的正向電壓變化。我們甚至可以說，然后將此電路連接到可以將這些放大的正向電壓變化轉(zhuǎn)換為某種可見變化的東西（想到萬用表）。如果這一切都發(fā)生了，你會(huì)擁有什么？溫度計(jì)就是您所擁有的。二極管溫度計(jì)。
　　賽道

　　如果沒有 LTspice 提供的試錯(cuò)過程，我永遠(yuǎn)不會(huì)確定該電路的合適版本。這是示意圖：

　　這件事原來比我想象的要復(fù)雜得多。我從直接取自我的一本舊教科書的電路開始。LTspice 原理圖與書中的電路完全相同，甚至連二極管和 BJT 所用的部件號(hào)都相同。據(jù)我所知，教科書版本幾乎不起作用。它肯定不會(huì)按照電路說明中附帶的放大器輸出與溫度關(guān)系圖來執(zhí)行。
　　我所做的個(gè)更改是添加 R4（相比之下，教科書電路將二極管的陰極直接接地）。該電阻器將二極管陽(yáng)極的電壓增加到更有效地正向偏置 BJT 基極-發(fā)射極結(jié)的水平。我還將BJT和二極管更換為不同的部件，終我什至改變了R2的連接布置。長(zhǎng)話短說，上面顯示的電路與教科書版本有很大不同（并且希望比教科書版本更好）。
　　我現(xiàn)在就告訴您，本文不會(huì)對(duì)我如何選擇電阻值提供、嚴(yán)格的解釋。我一直未能徹底分析或理解這個(gè)電路，上面顯示的終版本是通過迭代模擬和大量困惑得出的。
　　在我的實(shí)驗(yàn)即將結(jié)束時(shí)，我意識(shí)到一些可能是我所經(jīng)歷的大部分困惑的原因：我的模擬改變了整個(gè)電路的溫度，而我只考慮了二極管對(duì)溫度變化的響應(yīng)。BJT 中也有 pn 結(jié)！如果二極管受溫度影響，BJT 也會(huì)受溫度影響。然而，我的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種可用作獨(dú)立溫度傳感器的電路，而不是二極管與電路其余部分分離的電路，這意味著我的模擬與目標(biāo)一致。
　　模擬技術(shù)
　　我不會(huì)詳細(xì)討論在 LTspice 中執(zhí)行和繪制溫度模擬的過程，因?yàn)樵撔畔⒖梢栽谄渌胤将@得（例如，本頁(yè)）。相反，我將簡(jiǎn)要提及要點(diǎn)：
　　使用“.step temp ...”SPICE 指令來表示溫度變化；在我的示意圖中，我使用“.step temp min max Increment”語(yǔ)法。
　　工作點(diǎn)模擬似乎是這里的邏輯選擇，但據(jù)我所知，即使您只對(duì)穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)感興趣，也必須進(jìn)行瞬態(tài)模擬。
　　要根據(jù)溫度而不是時(shí)間繪制相關(guān)測(cè)量結(jié)果，請(qǐng)使用“.meas”SPICE 指令來存儲(chǔ)相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)（在我的例子中，是 BJT 的集電極電壓）。然后直接從錯(cuò)誤日志中繪制數(shù)據(jù)（更多信息請(qǐng)參見此處）。
　　結(jié)果

　　我們知道二極管會(huì)隨著環(huán)境溫度的變化而產(chǎn)生電壓變化。如果這就足夠了，我們就不會(huì)為 BJT 電路操心了。這里的目標(biāo)是一個(gè)放大二極管電壓變化的電路，從而產(chǎn)生更能夠直接驅(qū)動(dòng)某種指示器的溫度計(jì)信號(hào)。首先讓我們看一下二極管電壓與溫度的關(guān)系圖。

　　正如您所看到的，電壓和溫度之間存在良好的線性關(guān)系。然而，電壓響應(yīng)的幅度相當(dāng)小。在 60°C 的范圍內(nèi)，電壓僅變化約 70 mV。將其與輸出電壓與溫度的關(guān)系圖進(jìn)行比較。

　　輸出電壓在相同范圍內(nèi)變化約 1.7V，這是一項(xiàng)重大改進(jìn)。我愿意稱其為成功，但我非常懷疑該電路是否接近優(yōu)化。而且，大放大倍數(shù)的代價(jià)相當(dāng)沉重，即高電流消耗。下圖顯示了 Q1 的集電極電流與溫度的關(guān)系：

　　不幸的是，如今 50 mA 并不完全符合低功耗的標(biāo)準(zhǔn)，而且它與 IC 溫度傳感器相比并不有利，后者可能提供更好的性能，但電流消耗卻降至低微安。