第2编 敏感器件.doc

*第二编 敏感器件第五章 光敏器件5.1 基本情况一、基础知识光电效应：受光激发 能带跃迁 光电导效应、光伏特效应。 本征半导体情况 PN结情况半导体的光电效应示意图* 完全纯净的半导体称为本征半导体或I型半导体。硅和锗都是四价元素，其原子核最外层有四个价电子。它们都是由同一种原子构成的“单晶体”，属于本征半导体。在热力学温度零度和没有外界能量激发时，价电子受共价键的束缚，晶体中不存在自由运动的电子，半导体是不能导电的。但是，当半导体的温度升高或受到光照等外界因素的影响，某些价电子获得了足够的能量，足以挣脱共价键的束缚，跃迁到导带，成为自由电子，同时在共价键中留下相同数量的空穴。空穴是半导体中特有的一种粒子，带正电，与电子的电荷量相同。把热激发产生的这种跃迁过程称为本征激发。显然，本征激发所产生的自由电子和空穴数目是相同的。主要特性：光电特性 光谱响应 频率响应（明暗交替）另外还有伏安特性、温度特性等。二、器件举例光敏电阻 光敏二极管 光敏三极管 光敏电池 光耦（光电耦合器）各种光敏器件的伏安特性等参看书上。5.2 应用举例一、光敏电阻应用测光 （温度跃迁发光） 测温 *注意加限流电阻。二、光敏二极管应用光电变换器 照度传感器（调制光：可消除背景干扰） 光控开关光敏二极管应用举例可输出调制光的电路举例三、光敏三极管应用光控报警电路 光敏逻辑电路四、光耦应用隔离性好，抗干扰强。（隔离电阻10101011，隔离电压0.510kV，隔离电容2pF）开关电路 放大电路 电平移动单稳态的触发隔离电路 双稳态的触发隔离电路此外，光敏器件还可构成其他应用电路。（参看书上）第六章 热敏电阻6.1 基本情况一、原理特性原理：振动碰撞或能带跃迁 阻值变化分类：正温度系数(TR)，负温度系数(TR)。 能带跃迁热敏电阻的温度特性、电路符号及伏安特性二、参数及工作点选择主要参数：标称阻值R25，温度系数，耗散系数H（即温差1所耗散的功率），时间常数（即C/H，热容量C即电阻变化1所吸放的热量），额定功率PE（即长期连续负荷所允许的耗散功率）等。工作点：选择恰当与否，直接影响测控效果。通常分为三个区域，各有相应的应用场合。工作点选择 （T0RUm）6.2 应用举例应根据使用目的和要求的不同，选择合适的热敏电阻类型、电参数及工作区域等。一、温度测量简单电路 桥式电路两种测温电路（器件相同，精度迥异）因为Uab = ERT/(R1+RT)- ER3/(R2+R3)，电桥平衡时：Uab=0 电桥失衡时：Uab = ERT/(R1+RT+RT)RTE/(R1+RT)热敏电阻温度计二、温度控制自动温控（TRTUJ） 过热保护（TRTBTJ）实际自动温度控制电路一例三、温度补偿串联补偿 串并联补偿四、其他应用可用于测定湿度、气压、流量、风速等，还可用于恒温加热、自动开关等。测流量 测液位* 热电偶简介：原理：热电效应 电动势 （包括接触电势和温差电势。*均由电子浓度不同扩散所致。） 接触电势eAB(T)=kT/qln(nA/nB)，温差电势（很小） EAB(T,T0) = eAB(T)- eAB(T0) + eB(T,T0)- eA(T,T0) eAB(T)- eAB(T0)热电偶测温优点：精度高、范围广(250+1800)、简单方便等。应用举例：热电效应 测量一点的温度 测量两点的温度差习题三1、简述图5-12电路和图5-14电路的工作原理。2、简述图6-7(b)电路和图6-9电路的工作原理。第七章 压敏电阻（VDR：VoltageDependentResistor）7.1 特性参数一、原理特性非对称型（用于直流场合） 对称型（交直流均可）压敏电阻的结构、符号 压敏电阻的伏安特性 原理：齐纳击穿。（介层薄，电场强）特性：I = (U/C)= kU。 分为：非对称型，对称型。二、主要参数主要参数：非线性系数(越大越好，1102)，C值(即电流1A时的电压值，相当于电阻)，标称电压U1mA，通流能力，固有电容，残压比(U残/U1mA，越小越好)等。几种主要压敏电阻特点简介：氧化锌：非线性系数高（可达110左右），允许电流大，温度系数小，电压范围宽，应用最广。碳化硅：非线性系数低（约为37），特性对称，耐压高（可达几万伏），热稳定性好，用于接点消弧、电路稳压、异常电压吸收等。碳酸钡：非线性系数较高（20左右），压敏电压在几伏以下，寿命长，价格低。7.2 应用举例压敏电阻用途很广，主要用于抑制浪涌（即能量的突然释放），如雷电浪涌、电感电流或电容电压引起的暂态冲击等。Rv选用应适当。一、过压保护电气设备避雷（102104 V）电路保护开关保护（侧重点不同：源，K）器件保护（晶体管的过压保护）器件保护（晶闸管的过压保护）二、其他应用稳压电路（ULIRVUR1UL） 倍增电路（UO/UOUi/Ui）彩显 消磁电流 彩电消磁电路（开始：RT小，RV小，iL大；随后：RT，RV，iL。）* 关于电容、电感： C ：C = Q/V，即Q = CV， 而i = dQ/dt = C dV/dt， V = 1/Cidt， 故：Vc只能渐变。（因此C可导致充放电冲击。） L ：L = / i，即= L i， 而v = d/dt = L di/dt， i = 1/Lvdt， （自感电势E = -d/dt）故：iL只能渐变。（因此L可导致续流高压冲击。）常用RC缓冲电路 续流保护示意图第八章 磁敏器件8.1 霍尔元件一、特性参数霍尔效应原理图 电路符号 霍尔元件的基本电路原理：洛仑兹力（Lorentz force）作用，导致电荷偏转累积，形成霍尔电势。UH = KI B cos* 实践证明：霍尔器件的长宽比越大，霍尔电压越接近理论值。但比值过大，电阻增加，故长宽比一般不超过2。温度补偿 零位补偿（或不等位电势补偿）主要参数：输入内阻RI，输出内阻RV，灵敏度KH，不等位电阻r0，最大控制电流Imax，霍尔电势温度系数，内阻温度系数等。二、应用举例基本电路（测磁） 读磁（磁读头） 乘法器测电流 测位移 集成霍尔器件应用（导磁体中磁阻较小） （小磁针N方向为磁力线方向）8.2 其他磁敏器件一、磁敏电阻磁阻效应：磁场增强，半导体的电阻增大。磁阻效应与所加磁场的频率、半导体材料的种类和几何形状等均有关系。磁敏电阻应用非常广泛，如：电流计、磁通计、功率计、放大计等。磁敏电阻特性及符号 位移测量 交流放大（UiRMUo）二、磁敏二极管体积小、灵敏度高，能判别磁场的方向，电路简单。但噪声大。磁敏二极管（P+-I-N+型）的结构及工作原理 不同的放置方向有不同的效果（正向磁场导致复合增加，载流子减少；反向磁场导致分离增多，载流子增加。类似于饱和水蒸汽凝结。）（同向运动的电子与空穴受磁场力作用，偏向相反两侧。反向运动，则偏向同一侧。）* 由于载流子复合效应及电路的正反馈作用，磁敏二极管的灵敏度大大提高，且能判别磁场的方向。磁敏二极管特性及符号 基本电路（测磁） 流量计（旋转脉冲计数）* 采用桥式电路，灵敏度、对称性、温度补偿性均好。简易高斯计三、磁敏三极管灵敏度高，温漂小，线性好，稳定可靠。因此应用广泛。如