简 介： 根据PN可以看到结的电流电压方程PN基于此，可用于测量环境或芯片内部的温度。NPN，PNN三极管（2N3906,2N3904)获得的温度与普通温度相比PN届更加的精确。本文参照 设计外部PN结测温所需的主要方面。 ： ，
§01 理论基础
1.1 相关芯片
在 技术文档 给出了 利用外置的PN结测量温度的方案。这类方案中应用到 、 、 这类开关电源中的温度管理中。
这篇文档提到应用PNP型三极管 的 b-e PN 结温度特性来测量外部温度。 这个三极管在 被测量过，说明我手头是存在这款三极管的。在 博文 利用了 对应的 NPN型（ ）测量了Boltzmann常数，精度在1.4%之内。这也间接证明了利用三极管中的PN届测量温度的实验基础。
1.1.1 提出问题
上面的资料给我们提出了以下问题：
- 为什么需要借助于三极管中的PN结来测量温度，而不是简单的使用普通的二极管的PN届？
- 对于PNP，NPN型三极管，究竟哪一种PN届测量温度比较高？
（1）为什么使用三极管?
通常下，直接使用二极管测量V-A特性，会发现它与PN前向偏置电流方程有差别：
i D = I s ( e V D n k ⋅ T − 1 ) = I s ( e V D n ⋅ V T − 1 ) i_D = I_s \left( {e^{ { {V_D } \over {nk \cdot T}}} - 1} \right) = I_s \left( {e^{ { {V_D } \over {n \cdot V_T }}} - 1} \right) iD=Is(enk⋅TVD−1)=Is(en⋅VTVD−1)
下面是在 给出的普通二极管V-A特性曲线。
▲ 图1.1.1 PN结的V-I 特性
在 中给出了二极管的 I-V 特性曲线：
▲ 图1.1.2 二极管 I-V 特性曲线
在 作者D.E Evans展示了使用普通的设备在 功率 PNP三极管的 b-e 结上测量 e/k 常数的实验。其中提到，在满足 V c b = 0 V_{cb} = 0 Vcb=0 V的时候，对于普通的PN结中的 多数载流子和表面电流的影响都被基极电流抵消了，因此集电极电流 I C I_C IC 正好反映了 PN 结电流的内容。
▲ 图1.1.1 三极管的集电极电流反映了PN结电流
在 的中间，CHOICE of PN Junction Device一节中也给出了为什么选择 PNP，NPN三极管来测量PN温度的说明：
- 一些二极管的前向导通电压与温度之间并没有特别大的关系，主要可能是来自于反向Is电流与温度也有关系，这就为什么普通的二极管的电压特性与温度之间是反向的关系，而不是像前面公式中所选择的那样；
- 三极管中的PN结具有很大的理想因子 n n n ，这对于提高测量精度有利。
▲ 图1.1.4 LTSpice 仿真对比了2N3906, 1N4148 PN结 I-V特性曲线
（2）NPN 与 PNP
至于使用NPN还是PNP来测量温度，在所能够看到的文献中并没有进行对比。
不过在 对于2N3906（PNP），2N3904（NPN）都表示可以的。
1.2 相关公式
1.2.1 PN结电流方程
I C = I s ( e V B E n ⋅ V T − 1 ) I_C = I_s \left( {e^{ { {V_{BE} } \over {n \cdot V_T }}} - 1} \right) IC=Is(en⋅VTVBE−1)
V T = k T q V_T = { {kT} \over q} VT=qkT
- I C I_C IC ：前向电流
- I S I_S IS ：反向饱和电流
- V B E V_{BE} VBE ：B-E 前向电压
- V T V_T VT ：温度电压
- n n n ：理想因子
- k k k ：玻尔兹曼常数
在 V B E > > V T V_{BE} > > V_T VBE>>VT 的时候，上述公式中的 − 1 - 1 −1 可以省略： V B E ≈ n ⋅ k T q ln ( I C I S ) V_{BE} \approx n \cdot { {kT} \over q}\ln \left( { { {I_C } \over {I_S }}} \right) VBE≈n⋅qkTln(ISIC)
则对应的温度： T = q ⋅ V B E n k ⋅ ln ( I C I S ) T = q \cdot { {V_{BE} } \over {nk \cdot \ln \left( { { {I_C } \over {I_S }}} \right)}} T=q⋅nk⋅ln(ISIC)VBE
如果使用差分电流，也就是分别测量在 I C 1 , I C 2 I_{C1} ,I_{C2} IC1,IC2 两个电流下的对应 V B E 1 , V B E 2 V_{BE1} ,V_{BE2} VBE1,VBE2 ，那么可以获得： T = V B E 1 − V B E 2 n k q ln ( I C 1 I C 2 ) T = { {V_{BE1} - V_{BE2} } \over { { {nk} \over q}\ln \left( { { {I_{C1} } \over {I_{C2} }}} \right)}} T=