【導讀】NTC熱敏電阻是一種傳感器電阻
，其電阻值隨著溫度的變化而改變。我們經常可以在測溫電路中看到他們的身影。本文將介紹NTC熱敏電阻測溫設計中的相關知識點，包括NTC選擇、ADC選擇與配置，以及如何使用NTC熱敏電阻進行測溫。

下麵是典型的NTC熱敏電阻測溫電路拓撲圖

圖1：典型的NTC熱敏電阻測溫電路拓撲圖（圖片來源：ADI）

激勵電流源/電壓源

兩種常見的激勵方式包括電流源與電壓源，兩者的特性比較如下：

NTC熱敏電阻阻值的選擇

對於電流激勵來說，一般情況下，參考電阻阻值應大於等於NTC熱re敏min電dian阻zu最zui高gao阻zu值zhi。而er熱re敏min電dian阻zu的de最zui高gao阻zu值zhi取qu決jue於yu係xi統tong中zhong測ce量liang的de最zui低di溫wen度du。這zhe麼me做zuo的de好hao處chu是shi，確que保bao了le傳chuan感gan器qi和he參can考kao電dian阻zu之zhi間jian產chan生sheng的de電dian壓ya始shi終zhong在zai後hou續xu電dian路lu的de采cai集ji範fan圍wei內nei。

對(dui)於(yu)電(dian)壓(ya)激(ji)勵(li)來(lai)說(shuo)，標(biao)稱(cheng)電(dian)阻(zu)低(di)的(de)熱(re)敏(min)電(dian)阻(zu)，也(ye)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)電(dian)壓(ya)激(ji)勵(li)。然(ran)而(er)，用(yong)戶(hu)必(bi)須(xu)確(que)保(bao)通(tong)過(guo)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)電(dian)流(liu)在(zai)任(ren)何(he)時(shi)候(hou)對(dui)傳(chuan)感(gan)器(qi)本(ben)身(shen)或(huo)應(ying)用(yong)而(er)言(yan)都(dou)不(bu)會(hui)太(tai)大(da)。

當使用標稱電阻大

、溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)大(da)的(de)熱(re)敏(min)電(dian)阻(zu)時(shi)
，電(dian)壓(ya)激(ji)勵(li)更(geng)容(rong)易(yi)實(shi)現(xian)。較(jiao)大(da)的(de)標(biao)稱(cheng)電(dian)阻(zu)確(que)保(bao)標(biao)稱(cheng)電(dian)流(liu)處(chu)於(yu)合(he)理(li)水(shui)平(ping)。然(ran)而(er)
，設(she)計(ji)者(zhe)需(xu)要(yao)確(que)保(bao)電(dian)流(liu)在(zai)應(ying)用(yong)支(zhi)持(chi)的(de)整(zheng)個(ge)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)內(nei)處(chu)於(yu)可(ke)接(jie)受(shou)的(de)水(shui)平(ping)。

可編程增益級vs.動態激勵電流

熱敏電阻在低溫度下具有較大的電阻

，則會導致激勵電流值非常低, 而er在zai高gao溫wen下xia通tong過guo熱re敏min電dian阻zu產chan生sheng的de電dian壓ya很hen小xiao。為wei了le優you化hua這zhe些xie低di電dian平ping信xin號hao的de測ce量liang，可ke以yi使shi用yong可ke編bian程cheng增zeng益yi級ji。然ran而er，當dang熱re敏min電dian阻zu的de信xin號hao電dian平ping隨sui溫wen度du顯xian著zhu變bian化hua時shi，需xu要yao動dong態tai編bian程cheng增zeng益yi。

另(ling)一(yi)種(zhong)方(fang)法(fa)是(shi)，增(zeng)益(yi)固(gu)定(ding)不(bu)變(bian)
，但(dan)使(shi)用(yong)動(dong)態(tai)激(ji)勵(li)電(dian)流(liu)。隨(sui)著(zhe)熱(re)敏(min)電(dian)阻(zu)信(xin)號(hao)電(dian)平(ping)的(de)變(bian)化(hua)
，激(ji)勵(li)電(dian)流(liu)值(zhi)會(hui)動(dong)態(tai)變(bian)化(hua)，從(cong)而(er)使(shi)熱(re)敏(min)電(dian)阻(zu)上(shang)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)壓(ya)在(zai)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)的(de)指(zhi)定(ding)輸(shu)入(ru)範(fan)圍(wei)內(nei)。

模數轉化器ADC選擇

“可編程增益級”還是“動態激勵電流”
，這兩種選擇都需要高水平的控製，持續監測熱敏電阻上的電壓，以確保電子設備可以測量信號。

可以使用一些專用ADC芯片來簡化設計，如ADI的AD712424位Σ-Δ型ADC。由於應用程序中所需的大多數模塊都是內置的，因此在設計溫度係統時，有很多優勢。

圖2：ADI的AD712424位Σ-Δ型ADC（圖片來源：ADI）

Σ-Δ型ADC在設計熱敏電阻測量係統時具有多種優勢。首先，Σ-Δ型ADC對模擬輸入進行過采樣
，因此可以簡化外部濾波電路設計
，僅需要一個簡單的RC濾lv波bo器qi即ji可ke。這zhe在zai濾lv波bo器qi類lei型xing和he輸shu出chu數shu據ju速su率lv的de選xuan擇ze方fang麵mian提ti供gong了le靈ling活huo性xing。內nei置zhi數shu字zi濾lv波bo有you助zhu於yu在zai電dian源yuan操cao作zuo設she計ji中zhong抑yi製zhi來lai自zi電dian源yuan的de任ren何he幹gan擾rao。24位器件（如AD7124-4/AD7124-8）的最大峰間分辨率為21.7位，因此它們可提供高分辨率。除此之外
，還具有以下特性：

●    模擬輸入的寬共模範圍

●    參考輸入的寬共模範圍

●    支持比率配置的能力

一些Σ-Δ型ADC還高度集成各種功能，包括集成PGA，內部參考
，參考/模擬輸入緩衝器，如AD7124-4/AD7124-8。

與AD7124配套的開發板如下
，大家可以根據設計開發需要進行選擇。

熱敏電阻電路配置比率配置

無(wu)論(lun)使(shi)用(yong)激(ji)勵(li)電(dian)流(liu)還(hai)是(shi)激(ji)勵(li)電(dian)壓(ya)，建(jian)議(yi)使(shi)用(yong)比(bi)例(li)配(pei)置(zhi)
，其(qi)中(zhong)參(can)考(kao)電(dian)壓(ya)和(he)傳(chuan)感(gan)器(qi)電(dian)壓(ya)來(lai)自(zi)同(tong)一(yi)激(ji)勵(li)源(yuan)。這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)激(ji)勵(li)源(yuan)的(de)任(ren)何(he)變(bian)化(hua)都(dou)不(bu)會(hui)影(ying)響(xiang)測(ce)量(liang)的(de)準(zhun)確(que)性(xing)。

配置激勵電流源

下圖顯示了為熱敏電阻和精密電阻R_REF供電的恒定激勵電流，通過R_REFchanshengdedianyaweiremindianzuceliangdecankaodianya。jilidianliubuxuyaojingque
，bingqiekenengbutaiwending，yinweizaibilvpeizhizhongjilidianliuzhongderenhecuowudoujiangbeiquxiao。

圖3：配置激勵電流源（圖片來源：ADI）

當(dang)傳(chuan)感(gan)器(qi)離(li)主(zhu)電(dian)路(lu)很(hen)遠(yuan)時(shi)
，由(you)於(yu)激(ji)勵(li)電(dian)流(liu)源(yuan)對(dui)靈(ling)敏(min)度(du)的(de)優(you)秀(xiu)控(kong)製(zhi)能(neng)力(li)和(he)更(geng)好(hao)的(de)抗(kang)噪(zao)性(xing)，通(tong)常(chang)是(shi)首(shou)選(xuan)。這(zhe)種(zhong)偏(pian)置(zhi)技(ji)術(shu)通(tong)常(chang)用(yong)於(yu)電(dian)阻(zu)值(zhi)較(jiao)低(di)的(de)RTD或熱敏電阻。

例如，25°C時10kΩ熱敏電阻的電阻為10 kΩ。-50°C時，NTC熱敏電阻電阻為441.117 kΩ。AD7124提供的最小激勵電流為50µA，產生的電壓441.117kΩ × 50µA = 22 V，太高，超出了此應用領域中使用的大多數可用ADC的工作範圍。熱敏電阻通常也離主電路比較近

，因此不需要激勵電流的抗噪優勢。

對於電阻值更高、靈敏度更高的熱敏電阻
，每次溫度變化產生的信號電平將更大，因此使用電壓激勵更合適。

配置激勵電壓源

下圖顯示了用於在NTC熱re敏min電dian阻zu上shang產chan生sheng電dian壓ya的de恒heng定ding激ji勵li電dian壓ya。以yi分fen壓ya器qi電dian路lu的de形xing式shi添tian加jia一yi個ge串chuan聯lian的de電dian流liu傳chuan感gan器qi，將jiang使shi流liu過guo熱re敏min電dian阻zu的de電dian流liu限xian製zhi在zai其qi最zui小xiao電dian阻zu值zhi。在zai這zhe種zhong配pei置zhi中zhong

，感gan測ce電dian阻zuR_SENSE的值可以設置成等於熱敏電阻在25°C基準溫度下的電阻大小，以便當其在25°C標稱溫度下時，輸出電壓將設置為參考電壓的中間值。

圖4：配置激勵電壓源（圖片來源：ADI）

同樣，25°C時熱敏電阻阻值為10kΩ，R_SENSE也為10kΩ。當溫度變化時

，NTC熱敏電阻的電阻也會變化，熱敏電阻上的激勵電壓分量也會變化，從而產生與NTC熱敏電阻電阻成比例的輸出電壓。

如下圖，當提供熱敏電阻和R_SENSE的激勵電壓V_REF與用於測量的ADC參考電壓相同，則係統可以配置為比率測量，以便消除與激勵電壓源相關的任何誤差。

圖5：熱敏電阻比率配置（圖片來源：ADI）

注意
，電流傳感器（電壓激勵）或參考電阻（電流激勵）需要具有低初始容差和低漂移
，因為這兩個變量都有助於提高整體係統的精度。

使用多個熱敏電阻

當使用多個熱敏電阻時，可以使用單個激勵電壓。

圖6：多個熱敏電阻的模擬輸入配置測量（圖片來源：ADI）

raner，meigeremindianzubixuyouzijidejingmicankaodianzu，rushangtusuoshi
，lingyizhongxuanzeshishiyongwaibuduolufuyongqihuojuyoudidaotongdianzudekaiguan，zheyunxugongxiangdangejingmigancedianzu。dangshiyongzhezhongpeizhishi
，meigeremindianzuzaiceliangzhongdouxuyaoyixiewendingshijian。

更多NTC相關內容

以下是一些有關NTC的實用技術資料，可供大家參考。

●    都是熱敏電阻器, PTC和NTC的區別你真的知道嗎?

●    貼片NTC熱敏電阻常見問題解答

●    測量NTC熱敏電阻的精確值

在測量NTC熱敏電阻的值時，對環境溫度的精確控製顯得尤為重要。以下注意事項也許對你有所幫助。

1. 測量過程中切勿觸摸組件和電路板，因為你的體溫會影響測量結果。應盡量避免對著組件呼吸，並限製組件附近的空氣流動。

2. NTC熱敏電阻應放置在測量區域附近。如果溫度計與測量區域的距離較遠，則測量區域的溫度可能與溫度計的溫度不同。

3. 請參考電阻與溫度表
，並注意測量溫度的具體值。

4. 由於在空氣中進行高精度測量非常困難，村田（Murata）建議在液池中測量電阻值，這樣可確保較高的精確度。

本文小結

在設計基於熱敏電阻的溫度測量係統時
，有多個需要考慮的問題，如：NTC熱敏電阻選擇、采用電流激勵還是電壓激勵
、ADC如何配置
，以及這些不同變量如何影響整體係統精度。仔細考慮才能讓開發工作事半功倍。

來源：得捷電子DigiKey

原創：Alan Yang  

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