Was ist ein LM335 Präzisionstemperatursensor?
Der LM335 ist ein hochpräziser integrierter Temperaturschaltkreis (IC), der für genaue Temperaturmessungen in verschiedenen elektronischen Anwendungen entwickelt wurde. Er funktioniert als Zweianschluss-Zenerdiode mit einer bemerkenswert niedrigen dynamischen Impedanz von weniger als 1 Ohm. Der Sensor arbeitet in einem Strombereich von 400 µA bis 5 mA und zeichnet sich durch seine lineare Spannungs-Temperatur-Beziehung aus, bei der die Durchbruchspannung mit 10 mV/K direkt proportional zur absoluten Temperatur ist. Dies macht den LM335 zu einem zuverlässigen und einfach zu kalibrierenden Sensor für zahlreiche Anwendungen, von der Heizungs- und Klimatechnik bis hin zu Embedded Systems.
Der LM-335 kann in einem breiten Temperaturbereich von -40 °C bis +100 °C eingesetzt werden und bietet eine anfängliche Genauigkeit von bis zu ±1 °C. Diese Kombination aus Präzision, großem Messbereich und Kostengünstigkeit macht ihn zu einem bevorzugten Temperatursensor für industrielle und kommerzielle Anwendungen. Die verschiedenen verfügbaren Gehäusevarianten ermöglichen zudem eine flexible Integration in unterschiedliche Schaltungslayouts.
Einführung in den LM335
Der LM335 ist ein kostengünstiger und dennoch hochpräziser Temperatursensor, der als Zweianschluss-Zenerdiode betrieben wird. Seine Spannungs-Temperatur-Charakteristik von 10 mV/K (entspricht 10 mV/°C über dem absoluten Nullpunkt) ermöglicht eine einfache Umrechnung der gemessenen Spannung in Temperaturwerte. Bei Raumtemperatur (25 °C oder 298,15 K) beträgt die Ausgangsspannung etwa 2,98 V, was der Berechnung 298,15 K × 10 mV/K entspricht.
Der Sensor benötigt nur eine einfache Stromversorgungsschaltung und arbeitet zuverlässig über seinen gesamten Temperaturbereich. Die niedrige dynamische Impedanz von weniger als 1 Ohm sorgt für eine stabile Ausgangsspannung auch bei leichten Schwankungen des Betriebsstroms, was die Messgenauigkeit erhöht und die Empfindlichkeit gegenüber externen Störfaktoren verringert.
Im Vergleich zu anderen Temperatursensoren wie Thermistoren oder Widerstandsthermometern (RTDs) bietet der LM335 den Vorteil einer linearen Ausgabe, die keine komplexen Berechnungen oder Kompensationsschaltungen erfordert. Dies vereinfacht die Signalverarbeitung erheblich und ermöglicht eine direkte Anbindung an Mikrocontroller oder Anzeigeeinheiten.
LM335 Pins & Pin-Funktionen
Der LM335 verfügt über insgesamt drei Anschlüsse aus Stahl, die sich an der Unterseite des Gehäuses befinden. Jeder dieser Pins erfüllt eine spezifische Funktion in der Schaltung und muss entsprechend beschaltet werden, um eine korrekte Funktionsweise des Sensors zu gewährleisten.
| Pin-Nummer | Pin-Name | Funktion |
|---|---|---|
| 1 | ADJ (Adjust) | Anschluss für die Kalibrierung des Sensors |
| 2 | GND (Ground) | Masse-Anschluss |
| 3 | +VS (Positive Supply) | Positiver Versorgungsspannungsanschluss |
Der ADJ-Pin ermöglicht die Feineinstellung der Ausgangsspannung, um Fertigungstoleranzen zu kompensieren und die Messgenauigkeit zu verbessern. Durch Anschluss eines Trimmerpotentiometers zwischen dem ADJ-Pin und GND kann der Sensor kalibriert werden, was besonders in Anwendungen mit hohen Präzisionsanforderungen wichtig ist.
Der GND-Pin dient als Bezugspunkt für die Spannungsmessung und muss mit dem gemeinsamen Massepunkt der Schaltung verbunden werden. Der +VS-Pin wird mit der positiven Versorgungsspannung verbunden, wobei ein Vorwiderstand zur Strombegrenzung erforderlich ist, um den empfohlenen Betriebsstrombereich von 400 µA bis 5 mA einzuhalten.
LM335 Pinbelegung
Die Pinbelegung des LM335 ist entscheidend für die korrekte Integration in elektronische Schaltungen. Das Verständnis der Pin-Konfiguration hilft Entwicklern, den Sensor richtig anzuschließen und potenzielle Fehler bei der Implementierung zu vermeiden.
In der TO-92 Gehäuseform, die am häufigsten verwendet wird, sind die Pins in einer geraden Linie angeordnet. Von vorne betrachtet (mit der flachen Seite zum Betrachter) ist der linke Pin der ADJ-Anschluss (Pin 1), der mittlere Pin ist GND (Pin 2) und der rechte Pin ist +VS (Pin 3). Diese Konfiguration unterscheidet sich leicht in den anderen verfügbaren Gehäuseformen, weshalb es wichtig ist, das entsprechende Datenblatt für die jeweilige Variante zu konsultieren.
Bei der Implementierung in einer Schaltung wird typischerweise der +VS-Pin über einen Vorwiderstand mit der positiven Versorgungsspannung verbunden, während der GND-Pin direkt mit der Schaltungsmasse verbunden wird. Der ADJ-Pin kann für eine einfache Anwendung unverbunden bleiben, sollte jedoch für präzise Messungen mit einem Trimmerpotentiometer beschaltet werden, das zwischen ADJ und GND geschaltet wird.
Die korrekte Ausrichtung des Sensors ist ebenfalls wichtig, da ein falscher Anschluss zu Fehlfunktionen oder sogar zur Beschädigung des Bauteils führen kann. Die meisten LM335-Varianten haben eine flache Seite oder eine andere Markierung, die zur Identifizierung von Pin 1 dient.
LM335 Gehäuseformen
Der LM335 ist in verschiedenen Gehäusevarianten erhältlich, um unterschiedlichen Platzbedürfnissen und Montagearten gerecht zu werden. Die Wahl des richtigen Gehäuses hängt von Faktoren wie Platzbeschränkungen, Umgebungsbedingungen und thermischen Anforderungen ab.
| Gehäusebezeichnung | Beschreibung | Abmessungen (ca.) | Typische Anwendung |
|---|---|---|---|
| TO-92 | Kunststoffgehäuse mit drei Anschlüssen | 4,7 mm × 4,7 mm × 3,9 mm | Standardanwendungen, einfache Platinen |
| TO-46 (H-Package) | Metallgehäuse, hermetisch versiegelt | 5,2 mm (Durchmesser) × 4,8 mm (Höhe) | Industrielle Anwendungen, höhere Temperaturen |
| SOIC-8 | Oberflächenmontiertes Gehäuse mit 8 Pins | 4,9 mm × 3,9 mm × 1,5 mm | Platzsparende Designs, SMD-Montage |
Die TO-92 Variante ist die am häufigsten verwendete und kostengünstigste Option. Sie eignet sich hervorragend für Prototypen und einfache Anwendungen. Das hermetisch versiegelte Metallgehäuse TO-46 bietet besseren Schutz gegen Umgebungseinflüsse und ist daher ideal für raue Industrieumgebungen oder Anwendungen mit erhöhten Zuverlässigkeitsanforderungen.
Die SOIC-8 Version ermöglicht die Oberflächenmontage (SMD) und ist besonders für kompakte Designs geeignet, bei denen Platzersparnis wichtig ist. Trotz der acht vorhandenen Pins werden bei dieser Variante nur die drei funktionalen Anschlüsse des LM-335 verwendet, während die übrigen Pins nicht verbunden sind.
Die unterschiedlichen Gehäuseformen haben leicht abweichende thermische Eigenschaften, was bei der Auswahl berücksichtigt werden sollte. Das Metallgehäuse bietet beispielsweise eine bessere Wärmeableitung, was in Anwendungen mit schnellen Temperaturänderungen vorteilhaft sein kann.
LM335 Schaltplan
Ein einfacher Temperaturmesskreis mit dem LM335 besteht aus wenigen Komponenten und ist leicht zu implementieren. Der grundlegende Schaltplan umfasst den Sensor selbst, einen Vorwiderstand zur Strombegrenzung und optional ein Potentiometer zur Kalibrierung.
In der Basisschaltung wird ein Widerstand zwischen der positiven Versorgungsspannung (typischerweise 5 V bis 15 V) und dem +VS-Pin des LM335 geschaltet. Dieser Widerstand begrenzt den Strom durch den Sensor auf den empfohlenen Bereich von 400 µA bis 5 mA. Die Größe des Widerstands kann mit der Formel R = (Vcc – 2,98 V) / I berechnet werden, wobei I der gewünschte Betriebsstrom ist. Für eine 5-V-Versorgung und einen Zielstrom von 1 mA wäre der Widerstandswert beispielsweise (5 V – 2,98 V) / 1 mA = 2,02 kΩ, wobei in der Praxis ein Standardwert von 2,2 kΩ verwendet werden könnte.
Für einen kalibrierten Temperatursensor wird ein Trimmerpotentiometer (typischerweise 10 kΩ oder 20 kΩ) zwischen dem ADJ-Pin und GND angeschlossen. Dies ermöglicht die Feineinstellung der Ausgangsspannung, um eine genauere Temperaturmessung zu erreichen. Die Kalibrierung erfolgt typischerweise bei einer bekannten Referenztemperatur, oft bei Raumtemperatur (25 °C), indem das Potentiometer so eingestellt wird, dass die Ausgangsspannung genau 2,98 V beträgt.
Die Ausgangsspannung kann direkt an einem Analogeingang eines Mikrocontrollers oder über einen Operationsverstärker an eine Anzeigeeinheit angeschlossen werden. Bei der Verwendung eines Mikrocontrollers kann die gemessene Spannung mit der Formel T(K) = Vout / 0,01 in Kelvin oder T(°C) = (Vout / 0,01) – 273,15 in Grad Celsius umgerechnet werden.
LM335 Symbolische Darstellung
Die symbolische Darstellung des LM335 in Schaltplänen orientiert sich an seiner Funktionsweise als Temperatur-sensitive Zenerdiode. Das Schaltzeichen besteht typischerweise aus dem Zenerdiodesymbol mit einem zusätzlichen Anschluss für den ADJ-Pin.
In elektronischen Schaltplänen wird der LM335 häufig als Diode mit einer schrägen Linie und einem zusätzlichen horizontalen Strich dargestellt, der die Zenerfunktion symbolisiert. Der Kathodenanschluss entspricht dem +VS-Pin, während der Anodenanschluss dem GND-Pin zugeordnet ist. Der ADJ-Pin wird meist als zusätzlicher Anschluss an der Seite des Symbols dargestellt.
Dieses Schaltzeichen verdeutlicht die grundlegende Funktionsweise des LM-335 als Zweianschluss-Zenerdiode mit Kalibrierungsmöglichkeit. Es ist wichtig zu verstehen, dass der LM335 trotz seiner drei physischen Anschlüsse konzeptionell als Zweipol-Gerät betrachtet werden kann, wobei der ADJ-Pin nur für die Kalibrierung verwendet wird und keinen Einfluss auf die grundlegende Funktionsweise hat.
Bei der Erstellung von Schaltplänen ist es wichtig, neben dem Symbol auch eine eindeutige Bezeichnung für den Sensor anzugeben, typischerweise „LM335“ gefolgt von einer Komponenten-ID. Dies erleichtert die Identifizierung des Bauteils in komplexeren Schaltungen und in der zugehörigen Dokumentation.
LM335 Leistung – Strom & Spannung
Die elektrischen Leistungsmerkmale des LM335 bestimmen seinen sicheren Betriebsbereich und sind entscheidend für die korrekte Integration in elektronische Schaltungen. Die Beachtung dieser Parameter gewährleistet eine zuverlässige Funktion und lange Lebensdauer des Sensors.
| Parameter | Minimalwert | Typischer Wert | Maximalwert | Einheit |
|---|---|---|---|---|
| Betriebsstrom | 400 | 1000 | 5000 | µA |
| Versorgungsspannung | 3 | 5-15 | 30 | V |
| Leistungsaufnahme | – | – | 100 | mW |
| Dynamische Impedanz | – | 0,6 | 1 | Ω |
| Temperaturkoeffizient | 9,9 | 10 | 10,1 | mV/K |
Der LM335 arbeitet optimal in einem Strombereich von 400 µA bis 5 mA, wobei ein typischer Betriebsstrom von 1 mA empfohlen wird. Die Versorgungsspannung sollte unter Berücksichtigung des Spannungsabfalls am Vorwiderstand so gewählt werden, dass der gewünschte Betriebsstrom erreicht wird. Die maximale Leistungsaufnahme von 100 mW sollte nicht überschritten werden, um eine Überhitzung oder Beschädigung des Sensors zu vermeiden.
Die äußerst niedrige dynamische Impedanz von typischerweise 0,6 Ohm (maximal 1 Ohm) ist ein herausragendes Merkmal des LM335 und trägt zur Stabilität der Ausgangsspannung bei. Der Temperaturkoeffizient von 10 mV/K ermöglicht eine einfache Umrechnung der gemessenen Spannung in Temperaturwerte.
Die Selbsterwärmung des Sensors durch den Betriebsstrom kann bei präzisen Messungen berücksichtigt werden müssen. Bei einem Betriebsstrom von 1 mA und einer Versorgungsspannung von 5 V beträgt die Verlustleistung etwa 3 mW, was zu einer Selbsterwärmung von etwa 0,3 °C führen kann. In Anwendungen, die höchste Präzision erfordern, sollte der Betriebsstrom auf das notwendige Minimum reduziert werden.
LM335 Eigenschaften
Der LM335 zeichnet sich durch mehrere einzigartige Eigenschaften aus, die ihn von anderen Temperatursensoren unterscheiden und für verschiedene Anwendungen besonders geeignet machen.
| Eigenschaft | Beschreibung | Vorteil |
|---|---|---|
| Linearer Ausgang | 10 mV/K über den gesamten Temperaturbereich | Einfache Signalverarbeitung ohne komplexe Berechnungen |
| Großer Temperaturbereich | -40 °C bis +100 °C | Vielseitige Einsetzbarkeit in verschiedenen Umgebungen |
| Niedrige dynamische Impedanz | Weniger als 1 Ohm | Geringe Empfindlichkeit gegenüber Störungen und Rauschen |
| Kalibrierbar | Einfache Einpunkt-Kalibrierung über ADJ-Pin | Verbesserung der Genauigkeit auf bis zu ±0,5 °C |
| Anfängliche Genauigkeit | ±1 °C bei 25 °C | Hohe Präzision ohne aufwändige Kalibrierung |
| Kostengünstig | Niedrige Herstellungskosten | Wirtschaftlich in Massenproduktion und für Hobbyisten |
Die hohe Linearität des LM335 über den gesamten Temperaturbereich ist ein besonderer Vorteil gegenüber anderen Sensortypen wie Thermistoren, die eine nicht-lineare Charakteristik aufweisen. Die einfache Einpunkt-Kalibrierung ermöglicht es, die Genauigkeit des Sensors signifikant zu verbessern, ohne aufwändige Kompensationsschaltungen zu benötigen.
Dank seiner niedrigen dynamischen Impedanz ist der LM-335 unempfindlich gegenüber Leitungswiderständen und elektromagnetischen Störungen, was ihn ideal für industrielle Umgebungen macht. Die Möglichkeit, den Sensor über größere Entfernungen zu betreiben, ohne die Messgenauigkeit wesentlich zu beeinträchtigen, ist ein weiterer praktischer Vorteil.
Die anfängliche Genauigkeit von ±1 °C bei 25 °C ohne Kalibrierung ist für viele Anwendungen bereits ausreichend. Mit einer einfachen Kalibrierung kann diese Genauigkeit auf etwa ±0,5 °C verbessert werden, was den LM335 für präzise Temperaturregelungssysteme geeignet macht.
LM335 Anwendungen
Der LM335 findet aufgrund seiner vielseitigen Eigenschaften Anwendung in zahlreichen Bereichen der Elektronik und Industrie. Seine Kombination aus Präzision, einfacher Handhabung und Zuverlässigkeit macht ihn zu einer beliebten Wahl für verschiedene Temperaturmessaufgaben.
Zu den wichtigsten Anwendungsgebieten des LM335 gehören:
- Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik (HVAC)
- Raumtemperaturregelung
- Klimaanlagensteuerung
- Frostschutzüberwachung
- Haushaltsgeräte
- Elektrische Heizgeräte
- Kühlschränke und Gefriertruhen
- Küchengeräte wie Öfen und Herde
- Stromversorgungssysteme
- Überhitzungsschutz
- Temperaturkompensation
- Kühlkörperüberwachung
- Batteriemanagementsysteme
- Temperaturüberwachung während des Ladevorgangs
- Thermische Sicherheitsabschaltung
- Betriebstemperaturkompensation
- Embedded Systems
- Industriesteuerungen
- IoT-Geräte
- Wetterüberwachungsstationen
- Medizintechnik
- Patientenüberwachung
- Laborgeräte
- Inkubatoren
- Automobiltechnik
- Motortemperaturüberwachung
- Klimaanlagensteuerung
- Batteriemanagement in Elektrofahrzeugen
Die einfache Integration in Mikrocontroller-basierte Systeme macht den LM335 besonders attraktiv für moderne IoT-Anwendungen, bei denen kompakte Bauweise und niedriger Energieverbrauch wichtig sind. Die Möglichkeit, den Sensor direkt an Analog-Digital-Wandler anzuschließen, vereinfacht das Systemdesign und reduziert die Komponentenanzahl.
LM335 Äquivalent & Alternativen
Obwohl der LM335 ein weit verbreiteter und zuverlässiger Temperatursensor ist, gibt es mehrere alternative Sensoren, die je nach Anwendungsanforderungen in Betracht gezogen werden können. Diese Alternativen bieten verschiedene Vor- und Nachteile in Bezug auf Präzision, Temperaturbereich, Schnittstellen und Kosten.
Zu den wichtigsten Äquivalenten und Alternativen zum LM335 gehören:
- LM34 / LM35:
Direkte Ausgabe in Grad Fahrenheit (LM34) oder Celsius (LM35)
Höhere Empfindlichkeit (10 mV/°F oder 10 mV/°C) - AD590
- PT100 / PT1000
Widerstandsthermometer mit hoher Präzision
Größerer Temperaturbereich (-200 °C bis +850 °C) - DS18B20
Digitale Schnittstelle (1-Wire)
Direkte Ausgabe in Celsius - TMP36
Niedrigere Versorgungsspannung (2,7 V bis 5,5 V)
Ausgangsspannung proportional zu °C - LM60 / LM61
Kompakteres Gehäuse
Niedrigere Versorgungsspannung
Bei der Auswahl einer Alternative zum LM-335 sollten Faktoren wie der erforderliche Temperaturbereich, die benötigte Genauigkeit, die Versorgungsspannung, die bevorzugte Ausgabeform (analog oder digital) und die Umgebungsbedingungen berücksichtigt werden. Für Anwendungen, die eine digitale Schnittstelle bevorzugen, bieten Sensoren wie der DS18B20 den Vorteil einer einfacheren Integration in digitale Systeme und der Möglichkeit, mehrere Sensoren an einem Bus zu betreiben.
Zusammenfassung
Der LM335 ist ein vielseitiger, präziser und kostengünstiger Temperatursensor, der sich durch seine lineare Spannungs-Temperatur-Charakteristik, niedrige dynamische Impedanz und einfache Kalibriermöglichkeit auszeichnet. Mit einem Temperaturbereich von -40 °C bis +100 °C und einer anfänglichen Genauigkeit von ±1 °C eignet er sich für eine Vielzahl von Anwendungen in der Industrie, Haushaltstechnik und Elektronik.
Die Funktionsweise als Zweianschluss-Zenerdiode mit einem zusätzlichen Kalibrierungspin vereinfacht die Integration in elektronische Schaltungen. Der lineare Ausgang von 10 mV/K ermöglicht eine unkomplizierte Signalverarbeitung und Temperaturberechnung. Die verschiedenen verfügbaren Gehäusevarianten bieten Flexibilität für unterschiedliche Montage- und Platzanforderungen.
Trotz der Verfügbarkeit modernerer digitaler Temperatursensoren bleibt der LM335 aufgrund seiner Einfachheit, Zuverlässigkeit und des guten Preis-Leistungs-Verhältnisses eine beliebte Wahl für viele Anwendungen. Seine direkte Kompatibilität mit Analog-Digital-Wandlern und die Möglichkeit der präzisen Kalibrierung machen ihn besonders wertvoll für kostensensitive Projekte, die dennoch genaue Temperaturmessungen erfordern.
Mit der richtigen Beschaltung, Montage und Kalibrierung bietet der LM335 eine zuverlässige Temperaturmesslösung für professionelle und Hobby-Anwendungen gleichermaßen. Seine lange Marktpräsenz und breite Unterstützung durch Hersteller garantieren zudem eine gute Verfügbarkeit und umfangreiche Dokumentation.
LM335 Datenblatt
Weitere Informationen gibt es in dem LM335 Datenblatt zum Download.
Letztes Update des Artikels: 21. März 2025
