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根据PN结的电流电压方程，可以看到它与PN温度有关，基于此可以用于测量环境或者芯片内部的温度。选择NPN，PNN三极管（2N3906,2N3904）所得到的温度比起普通的PN结更加的精确。本文参照 Accurate Temperateure Sensing with an External PN Junction[1] 给出了设计外部PN结测温所需要的主要的方面。
01 理论基础
1.1 相关芯片
在 LINEAR TECHNOLOGY[2] 技术文档Accurate Temperature Sensing with a External P-N Junction[6] 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 LTC2974[3] 、 LTC3880[4] 、 LTC3883[5] 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 2N3906[6] 的 b-e PN 结温度特性来测量外部温度。这个三极管在 三极管的耐压与hFE之间是什么关系？[7] 被测量过，说明我手头是存在这款三极管的。在 博文 利用二极管的P-N结的I-V特性测量Boltzmann常数[8] 利用了 对应的 NPN型（ 2N2904[9] ）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结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结？对于PNP，NPN型三极管，究竟哪一种PN结测量温度比较高？
（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：
下面是在 Forward and Reverse Bias of a PN Junction (Explained) 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 PN Junction Theory for Semiconductor Diodes[10] 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 Measurement of Boltzmanns constant[11] 作者D.E Evans展示了使用普通的设备在 TIP29[12] 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 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 Accurate Temperature Sensing with an External P-N Junction[6] 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 ，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Accurate Temperature Sensing with an External P-N Junction[6] 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
在最终的温度计算公式中，二极管的反向饱和电流 被消去，就只剩下一个二极管理想因子 。
02 电路设计
2.1 电路布线
▲ 图2.1.1 测量基本原理图
▲ 图2.1.2 利用LTC2991读取NPN的PN结温度传感器
※ 总 结 ※
根据PN结的电流电压方程，可以看到它与PN温度有关，基于此可以用于测量环境或者芯片内部的温度。选择NPN，PNN三极管（2N3906,2N3904）所得到的温度比起普通的PN结更加的精确。本文参照 Accurate Temperateure Sensing with an External PN Junction[6] 给出了设计外部PN结测温所需要的主要的方面。
