El sensor de temperatura de banda prohibida de silicio es una forma extremadamente común de sensor de temperatura ( termómetro ) utilizado en equipos electrónicos. Su principal ventaja es que puede incluirse en un circuito integrado de silicio a muy bajo coste. El principio del sensor es que el voltaje directo de un diodo de silicio , que puede ser la unión base-emisor de un transistor de unión bipolar (BJT), depende de la temperatura, según la siguiente ecuación: [1]
dónde
Al comparar los voltajes de dos uniones a la misma temperatura, pero con dos corrientes diferentes, I C1 e I C2 , se pueden eliminar muchas de las variables en la ecuación anterior, lo que da como resultado la relación:
Tenga en cuenta que el voltaje de la unión es función de la densidad de corriente, es decir, corriente/área de la unión, y se puede obtener un voltaje de salida similar operando las dos uniones con la misma corriente, si una tiene un área diferente a la otra.
Un circuito que obliga a I C1 y I C2 a tener una relación N:1 fija, [2] da la relación:
Por lo tanto, se puede utilizar un circuito electrónico, como la referencia de banda prohibida de Brokaw , que mide Δ V BE para calcular la temperatura del diodo. El resultado sigue siendo válido hasta aproximadamente 200 °C a 250 °C, cuando las corrientes de fuga se vuelven lo suficientemente grandes como para corromper la medición. Por encima de estas temperaturas, se pueden utilizar materiales como el carburo de silicio en lugar del silicio.
La diferencia de voltaje entre dos uniones pn (por ejemplo, diodos ) , operadas con diferentes densidades de corriente, es proporcional a la temperatura absoluta (PTAT).
Los circuitos PTAT que utilizan transistores BJT o CMOS se usan ampliamente en sensores de temperatura (donde queremos que la salida varíe con la temperatura), y también en referencias de voltaje de banda prohibida y otros circuitos de compensación de temperatura (donde queremos la misma salida en cada temperatura). [2] [3] [4]
Si no se requiere alta precisión, basta con polarizar un diodo con una corriente baja constante y usar su coeficiente térmico de −2 mV/˚C para el cálculo de la temperatura; sin embargo, esto requiere calibración para cada tipo de diodo. Este método es común en sensores de temperatura monolíticos. [ cita necesaria ]