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PT100铂电阻高精度原理图设计，已量产（温度传感器）

news 2025/9/23 13:40:14

1、电源系统：稳定供电与精密基准的双重保障

1.1、主电源稳压：基于 RT9193 的低纹波供电

1.2、精密基准电压：TL431 构建 2.495V 高精度参考源

2、PT100 测温电桥：温度 - 电压信号的初始转换

3、信号放大：LMV321 实现精密差分放大

3.1、放大拓扑与增益计算

3.2、共模抑制与噪声抑制

温度测量在工业控制、医疗设备、科研实验等领域占据核心地位，PT100 铂电阻凭借精度高、稳定性强的特性成为中低温域（-200℃~850℃）测温的优选方案。但铂电阻的阻值变化（每℃仅约 0.385Ω）十分微小，需配套精密电路才能充分发挥其性能。

本文将从电源系统、电桥设计、信号放大等维度，深度解析一款高精度 PT100 温度采集电路的设计逻辑。原理图请见文章末尾。

1、电源系统：稳定供电与精密基准的双重保障

1.1、主电源稳压：基于 RT9193 的低纹波供电

电路采用RT9193-30PB 线性稳压器为系统提供 + 3.0V 稳定电源。线性稳压器的核心优势是输出纹波小，能为模拟电路提供 “干净” 的电源。

从电路可见，RT9193 的输入引脚（IN）接入前级 + 3.0V 电源，输出引脚（OUT）通过 “4.7μF 电解电容（C1）+100nF 陶瓷电容（C2）” 的滤波组合稳定输出 VCC（+3.0V）—— 大容量电解电容抑制低频纹波，陶瓷电容则针对性滤除高频噪声，确保输出电压的纯净度。此外，稳压器的使能端（EN）直接与输出短接，保证系统上电后稳压器持续工作，无需额外使能控制。

1.2、精密基准电压：TL431 构建 2.495V 高精度参考源

为了给 PT100 测温电桥提供 “无漂移” 的基准电压，电路采用TL431ACDBZR 可编程精密并联稳压器生成 2.495V 参考源。

TL431 内部集成高精度带隙基准（典型值 2.5V），本设计中通过 R9（100Ω）限流后，TL431 的阴极（引脚 1）稳定输出 + 2.495V。该电压作为电桥的供电核心，其精度直接决定测温准确性，因此选用低温度系数的 TL431（如 AC 档，温度系数典型值 50ppm/℃），并配合 0.1% 精度的电阻，确保基准电压的长期稳定性与温度适应性。

2、PT100 测温电桥：温度 - 电压信号的初始转换

PT100 的阻值随温度变化满足近似线性关系：R_T = R_0(1 + aT))，其中R_0 = 100Ω为 0℃时阻值，a = 0.00385Ω/(Ω X ℃)为温度系数。为将电阻变化转化为电压信号，电路采用惠斯通电桥结构，由 R1、R2、R3 与 PT100 共同组成：

R1、R2为 1.8kΩ/0.1%高精度匹配电阻，确保电桥在初始温度（如 0℃，PT100 为 100Ω）下的对称性，减少零点误差；
R3（100Ω/0.1%）与 PT100 构成桥臂，共同响应温度变化；
电桥供电由 TL431 提供的 + 2.495V 基准电压，从源头避免电源波动对电桥输出的干扰。

当温度变化时，PT100 阻值改变，电桥输出的差分电压随之变化，该电压直接反映温度的变化量。

3、信号放大：LMV321 实现精密差分放大

电桥输出的差分信号为毫伏级，需经放大后才能被后续 ADC 采集。电路采用LMV321IDBVR 单通道运算放大器构建差分放大电路，其低失调电压（典型值 2mV）、低噪声特性，非常适合精密信号调理场景。

3.1、放大拓扑与增益计算

电路为差分放大结构，由 R4、R5、R6、R7 组成反馈网络。差分放大的增益公式为：A_v = R_6/R_4代入参数R_6 = 180kΩ、R_4 = 10kΩ，可得增益A_v = 18。该增益将电桥输出的小信号放大至 “几十毫伏到几百毫伏” 的范围，满足后续 ADC 的输入要求。

3.2、共模抑制与噪声抑制

差分放大的核心优势是抑制共模噪声：电桥输出的差分信号中，有用信号为 “差模成分”，而电源噪声、环境干扰多为 “共模成分”。通过0.1% 精度匹配电阻（R4 与 R5 均为 10kΩ，R6 与 R7 均为 180kΩ），电路可获得较高的共模抑制比（CMRR），显著提升信号信噪比。

此外，C5（100nF）为运放电源的去耦电容，滤除 + 3.0V 电源引入的高频噪声；C7（1μF）为输出滤波电容，进一步平滑放大后的信号，减少纹波干扰。