Sensores de temperatura de silicio

Los sensores de silicio, figura 8.18, son circuitos integrados que aprovechan la variación predecible del voltaje de la unión base-emisor (VBE) de los transistores bipolares para realizar mediciones confiables y exactas de temperatura. Se caracterizan por su pequeño tamaño y son especialmente apropiados para aplicaciones de medición y control de temperatura en el rango de –55°C a +150°C. Además, no requieren de etapas de linealización, amplificación ni compensación externas debido a que incorporan en la misma pastilla sus propios circuitos de procesamiento de señales.

Figura 8.18 Transductor de temperatura de silicio representativo. El dispositivo mostrado (LM56), es fabricado por National Semiconductor (www.natsemi.com) detecta temperaturas entre –55°C y + 150°C y ofrece una salida digital on-off.
La mayoría de sensores de silicio proporcionan como sa¬lida un voltaje que varía linealmente con la temperatura en grados Kelvin (°K), Celsius (°C) o Fahrenheit (°F). Algunos ejemplos representativos son el LM34, el LM35, el LM135 y el LM50, todos ellos de National Semiconductor y con una sensibilidad nominal de 10mV por grado. El LM50, en particular, tiene incorporado intencionalmente un offset DC de +500 mV para facilitar la medición de temperaturas negativas en sistemas de fuen¬te sencilla. También se dispone de sensores con salida por corriente. Dos ejemplos repre¬sentativos son el LM334 y el AD590, cuyas sensibilidades típicas son 1 mA/°K y 1μA/°K, respectivamente.
La integración de circuitos de procesamiento en los sensores de temperatura de silicio elimina también, en muchos casos, la necesidad de comparadores o de convertidores A/D externos para convertir la salida análoga a un nivel lógico o un código digital. Los sensores de salida por comparador, en particular, son muy útiles para detectar condiciones de falla, impulsar calefactores o enfriadores, y otras aplicaciones de control y alarma. En la figura 8.19, por ejemplo, se muestra un sencillo circuito de control para un ventilador utilizando un sensor de salida por com¬parador LM56. Los voltajes de referencia para los comparadores internos son determi¬nados por R1-R3.
En este caso, las salidas OUT1 (pin 7) y OUT2 (pin 6) se hacen bajas, respectivamente, cuando se exceden el primer y segundo umbral de temperatura fijados. En el primer caso, se energiza el ventilador de enfriamiento, mientras que en el segundo se produce una señal de corte o shutdown para impedir el daño del sistema. También se dispone de sensores monolíticos inteligentes, con un nivel de integración más elevado, los cuales incluyen convertidores AID, multiplexores, referencias de voltaje, entradas/salidas digitales, lógica de detección de fallas, registros para el almacenamiento de datos e instrucciones, y otras funciones.

Un ejemplo representativo de sensores de este tipo es el LM75, dotado de un convertidor A/D delta-sigma de 9 bits, el cual proporciona una resolución de 0,5°C por bit para mediciones de temperatura desde –25°C hasta +150°C. También posee una interfaz digital de dos hilos compatible con FC y una salida de drenador abierto, configurable como línea de interrupción, que indica cuando los umbrales de temperatura programados han sido excedidos. Adicionalmente, hay tres pines de selección que permiten direccionar hasta 8 sensores del mismo tipo sobre un mismo bus de dos hilos.