基于Z-元件的单片机温度检测系统

　　介绍一种基于数字传感器(Z-元件)的单片机温度检测系统，给出了原理及设计方案，并指出其优点。

　　1数字传感器温敏Z-元件

　　Z-元件正向输入直流电压，可得到幅值为输入电压20%～40%的直流脉冲，频率随温度、湿度、磁场、流量、光强、射线等物理量变化，无需前置放大器和A/D转换直接得到数字信号(准确地说是脉冲信号)。在测试温度时，我们主要采用了温敏Z-元件。

　　1.1温敏Z-元件的伏安特性

　　温敏Z-元件是一种具有非对称性伏安特性的二端有源元件，图1是温敏Z元件的测试电路连接图，图2是伏安特性图。其中，第一象限为正向特性，呈“L”型，可分为三个区：M1高阻区，M2负阻区，M3低阻区。Vth为阀值电压，Vf为导通电压，P(Vth，Ith)为阀值点。当加在温敏Z-元件上电压超过Vth时，其工作点迅速由M1区转换到M3区(微秒级)。第三象限为反向特性，具有很高的击穿电压和小的反向电流。

　　1.2温敏Z-元件的温度特性

　　温敏Z-元件的正向伏安特性随温度变化如图3所示。当温度升高时，正向伏安特性上的阀值点P向左上方移动，阀值电压Vth减小，因此，它只有负的温度系数。

　　温敏Z-元件采用不同电路时，可分别输出模拟信号、开关信号和频率信号。本系统采用频率信号输出方式。

　　温敏Z-元件输出频率信号时连接电路如图4所示。电路接通电源后，电容充电，当加在温敏Z-元件两端的电压大于Vth时，其工作状态立即由M1区经M2区跳到M3区，输出低电平Vf，这时，电容通过温敏Z-元件放电，当加在温敏Z-元件两端的电压小于Vf时，其工作状态又马上恢复到M1区，电源重新通过RL对电容充电。此过程周而复始，电路工作在振荡状态，输出下降沿触发脉冲频率信号。输出信号频率表达式为

　　由于温度变化时，Vf几乎不变，因此，当温度升高时，Vth减小，f增加。图5为输出波形随温度变化图，图6为频率随温度变化图。