LM35, TMP36 и LM335 — чем отличаются аналоговые датчики температуры и почему их нельзя менять местами?

Кто чем отличается

Смещение — вот где ловушка

Смещение в 500 мВ при цене деления 10 мВ на градус — это ровно 50 °C. Если в схеме стоял LM35 и его меняют на TMP36, не трогая формулу пересчёта, показания смещаются ровно на 50 градусов в любой точке диапазона. Это не погрешность, которую можно скомпенсировать калибровкой одной точки, — это постоянное смещение, которое уходит, только если в формуле вычесть 500 мВ.

Смещение введено не случайно. LM35 при 0 °C выдаёт 0 В, и на однополярном питании его выход не может уйти в минус, то есть датчик физически не способен измерить температуру ниже нуля градусов. У TMP36 выход при 0 °C равен 500 мВ, а при -40 °C — 100 мВ, то есть весь рабочий диапазон умещается в положительную область и помещается в питание 2,7–5,5 В. Для прибора, который питается от 3,3 В, это снимает ограничение, из-за которого LM35 приходилось питать от более высокого напряжения или усложнять схему смещения на операционном усилителе.

Отдельно стоит сказать про LM335: у него нулевой уровень — абсолютный ноль, и при 25 °C на выходе 298 мВ, а не 250. Поэтому «считать как LM35, только в кельвинах» не получится: формула выглядит как Vout / 10 - 273,15. И сам прибор устроен иначе — ему нужен внешний резистор смещения, задающий ток порядка от 400 мкА до 5 мА, а выход у него высокоомный, поэтому для работы с АЦП в схему добавляют буфер на rail-to-rail операционном усилителе, иначе считывание будет зашумлено и зависеть от нагрузки.

Корпуса: один датчик — много посадок

Почему замена корпуса — это отдельная задача

Классический датчик, который стоит в большинстве схем, — это LM35DZ в TO-92. Поверхностного варианта в том же корпусе SOT-23 или TSSOP у этой серии нет: то, что стоит рядом с LM35 в SMD-корпусе, — это уже LM35DM в SOIC-8, то есть восемь выводов вместо трёх и совершенно другая посадка. То же самое с TMP36: её поверхностный вариант существует только в SOIC-8.

Практически это значит, что замена выводного датчика на SMD — не вопрос «паяльник и ножницы», а переработка посадочного места: сначала распайка трёх выводов, потом установка восьми, и, скорее всего, добавление площадки под землю и пересчёт номиналов делителя, если он стоял. Отдельно обращают внимание на то, что лишние выводы у корпуса SOIC-8 обычно не соединены с основной схемой, и их нельзя оставлять висеть — правильную посадку берут из даташита по конкретному обозначению корпуса.

Точность всей цепочки, а не только датчика

В аналоговом измерении температуры прибор почти никогда не оказывается главным источником ошибки. Датчик даёт ±0,5…±2 °C, а вот точность АЦП определяется опорным напряжением, и если оно «поплывёт», температура уплывёт вместе с ним. Поэтому в рабочей схеме измеряют реальное напряжение питания как отдельный канал и считают температуру относительно измеренного, а не номинального, опорного напряжения.

Второй приём — многократное усреднение. Если снять 64 отсчёта и сложить их с последующим сдвигом на 3 разряда вправо, это даёт прирост примерно на 3 разряда эффективной разрядности при почти нулевой стоимости: шум округления усредняется, а сам датчик не меняется. На практике этого хватает, чтобы выйти на погрешность лучше половины градуса даже при датчике с паспортными ±1 °C. Третий момент — входное сопротивление АЦП и длина дорожки: у LM335 выход высокоомный, и без буфера показания зависят от входного тока преобразователя, так что там буфер действительно обязателен.

Что проверять при заказе

1. 01 Формулу пересчёта: LM35 — Vout / 10, TMP36 — (Vout - 500) / 10, LM335 — Vout / 10 - 273,15.
2. 02 Диапазон питания: 4–30 В у LM35 против 2,7–5,5 В у TMP36 — от этого зависит, подойдёт ли датчик к 3,3 В.
3. 03 Диапазон измеряемой температуры: LM35DZ измеряет от 0 °C, LM35CZ и TMP36 — от отрицательных значений.
4. 04 Корпус: TO-92, SOIC-8, TO-220 или металлический корпус — посадка разная, и «то же самое в SMD» не означает «то же самое в том же корпусе».
5. 05 Внешний резистор смещения и буфер на выходе, если выбран LM335.
6. 06 Точность и разброс конкретной позиции, а не семейства.

Частые вопросы

• Чем отличается TMP36 от LM35 — смещением 500 мВ и диапазоном питания: TMP36 измеряет отрицательные температуры и работает от 2,7 В.
• Можно ли поставить TMP36 вместо LM35 — только вместе с правкой формулы, иначе показания уйдут на 50 °C.
• Что выдаёт LM335 — температуру в кельвинах, и формула включает вычитание 273,15.
• Почему LM35 не измеряет ниже нуля — при 0 °C его выход равен нулю, а выход в минус на однополярном питании невозможен.
• Где применяют эти датчики — измерение температуры двигателей, блоков питания, корпусов приборов, где важна простая аналоговая схема.