我们应该选择 NTC 热敏电阻、线性热敏电阻还是模拟温度传感器？

选择合适的温度传感器不仅可以节省成本，还可以最大限度地提高系统性能。在这篇文章中，我将重点介绍负温度系数 (NTC) 热敏电阻、线性热敏电阻和模拟温度传感器，它们都是具有成本效益的温度传感解决方案。问题是：你怎么知道为你的应用选择哪一个？

NTC 和线性热敏电阻在技术上属于电阻器类型，它们会随着热条件改变其电阻。因此得名“therm+ister”。需要一个偏置电路和一些外部组件，如图 1 所示，其中一个偏置电阻器和一个热敏电阻构成一个分压器，并连接到一个可选的运算放大器，该运算放大器连接到微控制器 (MCU) 的模数转换器 ( ADC），从而将热敏电阻电阻转换为温度值。

图 1：NTC 热敏电阻解决方案

热敏电阻的优点是成本低。此外，作为电阻器，它们可以放在非常小的两端封装中并放入有线探头中。

NTC 热敏电阻的缺点是其输出仅在较窄的温度范围内呈线性，而在较宽的温度范围内保持非线性。图 2 绘制了一个 NTC 热敏电阻的三个输出曲线，该热敏电阻偏置为 1MΩ、35kΩ 和 10kΩ。每条曲线在狭窄的温度范围内都是线性的，对于 1MΩ、35kΩ 和 10kΩ，线性度分别在 10ºC、75ºC 和 50ºC 以下。尽管可以使用经过特殊校准的 NTC 热敏电阻来实现特定温度的目标精度，但它们的成本更高，并且维护这些不同的设备使库存管理变得极其复杂。其他缺点包括不可预测的故障、噪声敏感性和更高的功耗。

图 2：NTC 热敏电阻输出电压与温度的关系

由于这些原因，NTC 热敏电阻最适用于不可预测性和功率效率不重要的狭窄温度范围。

模拟温度传感器是一种有源半导体器件，其输出是与温度成比例的电压或电流值。作为集成电路 (IC)，模拟温度传感器具有 NTC 热敏电阻不具备的内置智能功能，使模拟温度传感器的设计变得简单。图 3 显示了 TI 的一款模拟温度传感器的典型应用，仅使用 IC 而没有外部组件。

图 3：模拟温度传感器解决方案示例

与 NTC 热敏电阻不同，TI 的模拟温度传感器在很宽的温度范围内都是准确的，并且在整个工作范围内具有线性输出。您无需担心不同设备的库存。此外，TI 的独特设计使这些器件具有极低的电流和低噪声灵敏度。如图 4 所示，它描绘了 TILMT84低成本模拟温度传感器的输出，其输出在 -40ºC 至 150ºC 范围内呈线性。

图 4：TMP235 和 TMP236输出电压与温度的关系

为了两全其美，有像 TMP61 这样的线性热敏电阻。TMP61 在整个温度范围内提供线性电阻变化和线性斜率，从而在更高的温度下提供更高的电阻值。这意味着线性热敏电阻在较高温度下比 NTC 热敏电阻消耗更少的功率并且没有自发热，因此在高温下保持高精度。

图 5 显示了与典型 NTC 热敏电阻相比，同一器件的电流消耗曲线。LMT84消耗 5µA（-50ºC至 150ºC），而相应的 NTC 热敏电阻消耗 101µA 至 315µA。

图 5：功耗 – 热敏电阻与模拟温度传感器

图 6 显示了模拟温度传感器与 NTC 热敏电阻在嘈杂环境中的对比，这两个器件都安装在开关稳压器上。在室温下，NTC 热敏电阻和传感器的噪声水平相当，但在高温下，NTC 热敏电阻的噪声水平会变得更差，因为它会失去分辨率。模拟温度传感器的噪声通常比 NTC 热敏电阻低三倍。在这些高温下，线性热敏电阻保持灵敏度，因此保持分辨率。

图 6：NTC 热敏电阻与连接到开关稳压器的模拟温度传感器的噪声实验

对于非常窄的温度（通常在 0ºC 和 70ºC 之间），NTC 热敏电阻可以很好地工作，因为它们具有狭窄的线性范围和成本效益。尽管可以使用经过特殊校准的 NTC 热敏电阻来实现特定温度的目标精度，但它们的成本更高，维护这些不同的设备可能是库存的噩梦。在相同的价位上，线性热敏电阻可在较宽的温度范围内提供高精度。模拟温度传感器消除了这些挑战，并且易于使用、准确且极具成本竞争力。