《传感器原理及工程应用》第三版 郁有文 课后答案

什么是霍尔效应？霍尔电势与哪些因素有关？【答】1、通电的导体或半导体，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种现象称霍尔效应。该电势称霍尔电势。霍尔电势正比于激励电流及磁感应强度其灵敏度与霍尔系数R 成正比而与霍尔片厚度Hd成反比。为了提高灵敏度，霍尔元件常制成薄片形状。影响霍尔元件输出零点的因素有哪些？如何补偿？1、影响霍尔元件输出零点的因素当霍尔元件的激励电流为I时，若元件所处位置磁感应强度为零，则它的霍尔电势应该为零，但实际不为零。这时测得的空载霍尔电势称为不等位电势。产生这一现象的原因有：霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上；半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或是几何尺寸不均匀；激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布等。2、不等位电势与霍尔电势具有相同的数量级，有时甚至超过霍尔电势，而实用中要消除不等位电势是极其困难的，因而必须采用补偿的方法。可以把霍尔元件等效为一个电桥，用电桥平衡来补偿不等位电势。由于A、B电极不A、B两点电位的高低，判断应在某一桥臂上并联一定的电阻，使电桥达到平衡，从而使不等位电势为零。L 7-8试分析霍尔元件输出接有负载R 时利用恒压源和输入回路串联电阻R 进行温度L (a)(b)(c)所示。设RLRoutUHL载电阻上的输出电压L

U R U与温度有关。

R R HL outRLRLRTUHERT RoutUHERin RL输入回路等效电路 (c)输出回路等效电路温度为T 时，负载电阻上的输出电压为0LLU R U RLL

K IB

RK BEL H00 R R HL out0

R RL out

H0

(R RL out

)(RT0

R )in0设R 的温度系数，霍尔元件内阻温度系数为，灵敏度温度系数为，T则温度升高T后，负载电阻上的电压为LU L

K )BER RL out0

T) RT0

1

T)Rin0

T)要实现温度补偿，应使UU，即 0R K )BELL

R K BE 00R R L out0

T) RT0

1

T)Rin0

T) RL

Rout

HR RT0 in0消去二阶小量（即含2或 的项，解得LR )(RLT0 )(R

Rout

)Rout)out

Rin0为了获得最大的输出功率，可使R

LR

out

outLR T0

out2322

Rin0光电效应有哪几种？相对应的光电器件各有哪些？【答】1、光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类。内光电效应又可分为光电导效应和光生伏特效应。2、光电器件基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管、光电摄像管等。基于光电导效应的光电器件有光敏电阻。基于光生伏特效应的光电器件有光电池、光敏二极管、三极管。特点？【答】1、光敏电阻的工作原理一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。无光照时，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流（暗电流）很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减小，电路中电流迅速增大。一般希2、光敏二极管的工作原理这种反向电流称为暗电流。当有光照射到光敏二极管的PN结时，PN结附近受光子轰击，吸收其能量而产生电子-PN电流，该反向电流称为光电流，此时，光敏二极管的反向电阻下降。若入射光的强度增强空穴对数量也随之增加，光电流也响应增大，即光电流与光照度成正比。如果外电路接上负载，便可获得随光照强弱变化的信号。光敏二极管的光电流I与照度之间呈线性关系。光敏二极管的光照特性是线性的，所以适合检测等方面的应用。3、光敏晶体管的工作原理时，集电结就是反向偏压。—所以光敏晶体管有放大作用。4、光电池的工作原理N型硅片上用扩散的办法掺入一些P如硼)PNPNN区聚积负P区聚积正电荷，这样NP区之间出现电位差。若将PN结两端用导线连起来，电路中有电流流过，电流的方向由P区流经外电路至N区。若将外电路断开，就可测出光生电动势。光电耦合器件分为哪两类？各有什么用途？【答】（又称光电耦合器（又称光电断续器。如何理解电荷耦合器件有“电子自扫描”作用？【答】面阵CCD包括x、y两个方向用于摄取平面图像，它能存储由光产生的信号电荷。当对它施加特定时序的脉冲时，其存储的信号电荷便可在CCD内作定向传输而实现自扫描。光在光纤中是怎样传输的？对光纤及入射光的入射角有什么要求？【答】1光线仍然继续前进。可见这里的光线“转弯”实际上是由光的全反射所形成的。2、为满足光在光纤内的全内反射，光入射到光纤端面的入射角θi应满足i c

arcsin1n0

n2n21 2一般光纤所处环境为空气，则n0=1，这样上式可表示为i c

arcsinn2n21 2n2n21 2【答】1、无论光源功率有多大，只有入射角处于2θc的光椎角内，光纤才能导光。如入射角过大，光线便从包层逸出而产生漏光。2、光纤的NA合效率；但数值孔径过大，会造成光信号畸变。所以要适当选择数值孔径的数值，如石英0.2~0.4。1 2 nn1 2 射光的最大入射角的值？c【解】根据光纤数值孔径NA的定义NAsin