Was ist der LM335-Temperatursensor und wie funktioniert er?

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LM335 Temperatursensor Basic

Die LM335 Der Temperatursensor im TO-92-Gehäuse ist ein kleiner, benutzerfreundlicher Analogsensor, der für die genaue Temperaturmessung in elektronischen Schaltkreisen entwickelt wurde.Das TO-92-Gehäuse ist ein kompaktes Kunststoffgehäuse mit drei Anschlüssen, das üblicherweise für Sensoren und Transistoren mit geringem Stromverbrauch verwendet wird. Dadurch eignet sich der LM335 für Steckbretter, Prototypen und kompakte PCB-Designs.

Der LM335 erzeugt eine Ausgangsspannung, die direkt proportional zur absoluten Temperatur in Kelvin ist, mit einer typischen Skala von 10 mV pro Kelvin.Beispielsweise gibt der Sensor bei Raumtemperatur (etwa 25 °C oder 298 K) etwa 2,98 V aus. Aufgrund dieses linearen Verhaltens ist die Umwandlung der Ausgangsspannung in die Temperatur mithilfe grundlegender Berechnungen oder des ADC eines Mikrocontrollers einfach.

Wenn Sie am Kauf des Temperatursensors LM335 (TO-92-Gehäuse) interessiert sind, kontaktieren Sie uns bitte bezüglich Preis und Verfügbarkeit.

Details zur Pinbelegung des LM335-Temperatursensors

Alternativen und gleichwertiges Modell

• LM135

• LM135A

• LM235

• LM235A

• LM335A

Schematische Darstellung des LM335-Sensors

Das Grundschaltbild des LM335-Temperatursensors zeigt die einfachste Art, den LM335 zu verwenden.Ein Widerstand (R1) ist zwischen der Versorgungsspannung (V+) und dem Sensor angeschlossen, um einen kleinen, stabilen Vorstrom bereitzustellen.Der LM335 verhält sich wie eine temperaturabhängige Zenerdiode und erzeugt eine Ausgangsspannung, die um etwa 10 mV pro Kelvin ansteigt.Der Ausgang wird direkt von der Verbindungsstelle zwischen R1 und dem Sensor abgenommen, wodurch diese Schaltung einfach für grundlegende Temperaturmessungen verwendet werden kann.

Das kalibrierte Sensorschema fügt ein 10-kΩ-Trimmpotentiometer hinzu, das an den Einstellstift des LM335 angeschlossen ist.Dies ermöglicht eine Feinkalibrierung der Ausgangsspannung, sodass der Sensor genau auf eine bekannte Referenztemperatur (z. B. 25 °C) eingestellt werden kann.Die Kalibrierung verbessert die Messgenauigkeit durch den Ausgleich kleiner Gerätetoleranzen, während der Ausgang weiterhin die gleiche lineare Beziehung von 10 mV/K beibehält.

Funktionsblockdiagramm

Das Funktionsblockdiagramm des LM335 zeigt, wie interne Transistornetzwerke zusammenarbeiten, um die Temperatur genau zu erfassen.Das Herzstück der Schaltung ist ein temperaturabhängiger Halbleiterübergang, der eine Spannung proportional zur absoluten Temperatur (Kelvin) erzeugt.Dieses Verhalten basiert auf vorhersehbaren Änderungen der Transistoreigenschaften bei Temperaturschwankungen.

Mehrere Transistorstufen fungieren als Stromquellen, Verstärker und Stabilisatoren und stellen sicher, dass der Sensor mit einem konstanten Vorstrom arbeitet und einen linearen Ausgang beibehält.Die aufeinander abgestimmten Transistorpaare tragen dazu bei, Fehler zu beseitigen, die durch Änderungen der Versorgungsspannung verursacht werden, was die Genauigkeit und Stabilität verbessert.Kondensatoren im Schaltkreis tragen zur Rauschunterdrückung und einem stabilen Betrieb bei.

Auf der rechten Seite des Diagramms befindet sich das Einstellnetzwerk, das eine Feinanpassung der Ausgangsspannung während der Kalibrierung ermöglicht.Dadurch wird sichergestellt, dass der LM335 den korrekten 10-mV/K-Ausgang erzeugt und somit zuverlässig für präzise Temperaturmessungen in analogen und mikrocontrollerbasierten Systemen geeignet ist.

Technische Daten des LM335

Funktionen des LM335-Temperatursensors

Direkt auf die Kelvin-Temperaturskala kalibriert

Der LM335 gibt eine Spannung aus, die direkt proportional zur absoluten Temperatur in Kelvin ist.Dies macht Temperaturberechnungen unkompliziert und vermeidet komplexe Umrechnungen innerhalb analoger oder digitaler Systeme.

1 °C Anfangsgenauigkeit verfügbar

Der Sensor bietet eine gute Werksgenauigkeit, insbesondere in höherwertigen Versionen.Bei richtiger Kalibrierung kann es zuverlässige und wiederholbare Temperaturmessungen für Präzisionsanwendungen liefern.

Funktioniert von 400 µA bis 5 mA

Der LM335 arbeitet über einen weiten Ruhestrombereich und ermöglicht so ein flexibles Schaltungsdesign bei gleichzeitig stabiler und vorhersehbarer Leistung.

Weniger als 1 Ω dynamische Impedanz

Eine niedrige dynamische Impedanz verbessert die Ausgangsstabilität und verringert die Empfindlichkeit gegenüber Rauschen, wodurch sich der Sensor für eine genaue analoge Signalverarbeitung eignet.

Leicht kalibriert

Ein Einstellstift ermöglicht eine Feinanpassung der Ausgangsspannung bei einer bekannten Referenztemperatur und verbessert so die Gesamtgenauigkeit.

Großer Betriebstemperaturbereich

Der LM335 unterstützt einen breiten Temperaturbereich und eignet sich daher sowohl für Umgebungen mit niedrigen als auch hohen Temperaturen.

Niedrige Kosten

Sein einfaches Design und seine breite Verfügbarkeit machen den LM335 zu einer wirtschaftlichen Wahl für Bildungs-, Industrie- und Heimwerkerprojekte zur Temperaturmessung.

Lineare Ausgangsspannungskennlinie

Der LM335 bietet über seinen Betriebsbereich einen äußerst linearen Spannungsausgang.Diese Linearität vereinfacht die Signalverarbeitung und verbessert die Genauigkeit bei der Umwandlung von Spannungsmesswerten in Temperaturwerte.

Gute Langzeitstabilität

Der Sensor behält im Laufe der Zeit eine konstante Leistung bei minimaler Abweichung bei.Dies macht es zuverlässig für die kontinuierliche Überwachung und langfristige Temperaturmessungen.

Geringe Eigenerwärmung

Aufgrund seines geringen Betriebsstroms erzeugt der LM335 nur sehr wenig interne Wärme.Dadurch werden Messfehler vermieden, die durch die Sensorerwärmung selbst verursacht werden.

Einfache Schnittstelle mit Mikrocontrollern

Der Analogausgang kann direkt an einen ADC-Pin von Mikrocontrollern wie Arduino oder PIC angeschlossen werden, wodurch der Bedarf an zusätzlichen Signalaufbereitungsschaltungen reduziert wird.

Unempfindlich gegenüber Schwankungen der Versorgungsspannung

Interne Schaltkreise tragen dazu bei, die Auswirkungen von Änderungen der Versorgungsspannung zu minimieren und ermöglichen stabile Temperaturmesswerte, selbst wenn die Stromquelle nicht perfekt reguliert ist.

Erhältlich in mehreren Genauigkeitsstufen

Die LM335-Familie umfasst verschiedene Genauigkeitsoptionen, sodass Designer die Version wählen können, die ihren Präzisions- und Kostenanforderungen am besten entspricht.

Kompaktes TO-92-Gehäuse

Durch das kleine TO-92-Gehäuse lässt sich der LM335 einfach auf Leiterplatten und Steckbrettern montieren, ideal für kompakte Designs und Prototyping.

LM335 arbeitet im Schaltkreis

LM335 als temperaturabhängige Spannungsquelle

In beiden Diagrammen fungiert der LM335 als temperaturabhängige Spannungsreferenz.Der Sensor gibt eine Spannung proportional zur absoluten Temperatur aus, typischerweise 10 mV pro Kelvin.Bei Raumtemperatur (ca. 25 °C) entspricht dies etwa 2,98 V. Diese vorhersehbare und lineare Spannungsänderung ist die Grundlage für die genaue Messung der Temperatur mithilfe analoger Schaltkreise.

LM335 als Eingang für einen Operationsverstärker (Arduino-Schnittstellenschaltung)

Im ersten Diagramm wird der LM335-Ausgang in einen Operationsverstärker eingespeist, der mit einer Verstärkung von etwa 5 konfiguriert ist. Die Widerstände RA, RB und RC stellen die Verstärkung ein, sodass die kleine Spannungsänderung vom Sensor besser für den ADC-Bereich eines Mikrocontrollers geeignet ist.Nach der Verstärkung wird der Ausgang auf etwa 50 mV pro °C skaliert, sodass ein Arduino-Analogeingang Temperaturänderungen mit höherer Auflösung und besserer Genauigkeit ablesen kann.

LM335 als signalkonditionierter Sensor (Präzisions-Analogschaltung)

Im zweiten Diagramm wird der LM335-Ausgang gefiltert und aufbereitet, bevor er in einen Präzisions-Operationsverstärker gelangt.Kondensatoren reduzieren das Rauschen, während Referenzspannungen und Widerstandsnetzwerke das Signal stabilisieren und verschieben.Der Operationsverstärker verstärkt und zentriert das Temperatursignal und Schutzkomponenten sorgen für einen sicheren Ausgang.Dieses Design eignet sich für präzisere oder industrielle Temperaturüberwachungsanwendungen, bei denen die Signalstabilität von entscheidender Bedeutung ist.

LM335-Temperatursensoranwendungen

• Überwachung der Umgebungstemperatur

• Elektronische Thermostate

• HVAC-Steuerungssysteme

• Überwachung der Batterietemperatur

• Überhitzungsschutz des Netzteils

• Industrielle Temperaturmessung

• Integrierte Systemtemperaturmessung

• Mikrocontroller-basierte Projekte (Arduino, PIC usw.)

• Datenprotokollierungssysteme

• Wetterüberwachungsgeräte

• Labor- und Prüfgeräte

• Bildungs- und Schulungskits

Vergleich: LM335 vs. LM317

Mechanische Abmessungen

Fazit

Der Temperatursensor LM335 im TO-92-Gehäuse ist eine praktische und kostengünstige Lösung für genaue Temperaturmessungen in einer Vielzahl elektronischer Anwendungen.Sein linearer 10 mV/K-Ausgang, der große Betriebstemperaturbereich, die geringe Eigenerwärmung und die einfache Kalibrierungsfähigkeit machen es sowohl für Anfänger als auch für professionelle Designer geeignet.Mit klaren Pinbelegungsoptionen, flexiblen Schaltungskonfigurationen und Kompatibilität mit Mikrocontrollern und analogen Systemen bleibt der LM335 eine zuverlässige Wahl für die Temperaturüberwachung, -steuerung und den Einsatz im Bildungsbereich.

Häufig gestellte Fragen [FAQ]

1. Wie rechnet man den Spannungsausgang des LM335 in Celsius um?

Um den LM335-Ausgang in Celsius umzuwandeln, teilen Sie die Spannung durch 10 mV, um Kelvin zu erhalten, und subtrahieren Sie dann 273. Beispielsweise entsprechen 2,98 V 298 K oder etwa 25 °C.

2. Benötigt der LM335 eine Kalibrierung, um ordnungsgemäß zu funktionieren?

Der LM335 funktioniert ohne Kalibrierung, die Kalibrierung mit dem Einstellstift verbessert jedoch die Genauigkeit, insbesondere bei präzisen oder Langzeitmessungen.

3. Welcher Widerstandswert wird für die Vorspannung des LM335 empfohlen?

Empfohlen wird ein Widerstand, der den Betriebsstrom zwischen 400 µA und 5 mA einstellt, üblicherweise etwa 2 kΩ bis 10 kΩ, abhängig von der Versorgungsspannung.

4. Kann der LM335 mit einem 3,3-V-Mikrocontroller verwendet werden?

Ja, aber eine ordnungsgemäße Vorspannung und Signalskalierung sind erforderlich, da sich die Ausgangsspannung des LM335 bei höheren Temperaturen der Versorgungsgrenze nähern kann.

5. Was ist der Unterschied zwischen LM335 und LM35 im realen Einsatz?

Der LM335 gibt die Temperatur in Kelvin aus, während der LM35 die Temperatur direkt in Celsius ausgibt, was den LM35 für grundlegende Anwendungen einfacher macht.

6. Ist der LM335 für die Außentemperaturmessung geeignet?

Ja, bei ordnungsgemäßer Einhausung und Schutz vor Feuchtigkeit kann der LM335 zur Messung der Außentemperatur verwendet werden.

7. Wie genau ist der LM335 ohne Kalibrierung?

Die unkalibrierte Genauigkeit liegt normalerweise bei wenigen Grad Celsius, kann jedoch durch Kalibrierung auf etwa ±1 °C verbessert werden.

8. Kann der LM335 negative Temperaturen messen?

Ja, es kann Temperaturen unter 0 °C messen, da es die Kelvin-Skala verwendet, solange es innerhalb seines Nennbereichs bleibt.

9. Ändert sich der Ausgang des LM335 bei Schwankungen der Versorgungsspannung?

Der Ausgang ist bei korrekter Vorspannung weitgehend unabhängig von der Versorgungsspannung und somit für die meisten Anwendungen stabil.

10. Ist der LM335 im Vergleich zu digitalen Temperatursensoren noch relevant?

Ja, der LM335 wird immer noch häufig in analogen Designs, im Bildungsbereich und in kostengünstigen Systemen verwendet, bei denen Einfachheit gegenüber digitalen Schnittstellen bevorzugt wird.