《传感器检测技术及仪表》第5章

1、第5章 半导体传感器,定义：用半导体材料制作的传感器。 类型：热敏电阻、光敏电阻、压阻式传感器、霍尔传感器（已学过） 半导体管传感器、集成电路传感器（本章学习）,5.1半导体管传感器,5.1.1磁敏二极管和磁敏三极管 一、磁敏二极管 1、结构和符号,图5-1-1 磁敏二极管结构示意图,2 、磁敏二极管工作原理,（a） 未受磁场作用时， 电子和空穴不偏转 与普通二极管相同,（b） 受正向磁场作用时， 电子和空穴向r区偏转 复合消失率增大 形成的电流减小,（c） 受反向磁场作用时， 电子和空穴向光滑面偏转， 复合消失率减小 形成的电流增大,注意： 磁敏二极管正向偏置时，电流才与磁场有关 礠敏二极管

2、反向偏置时，仅有微小电流且与磁场无关,3、主要特性： （1）磁电特性,（2）伏安特性,4、温度补偿电路,磁敏三极管的结构与符号,二、磁敏三极管 1、结构与符号,2、工作原理,（a）未受到磁场作用时， 大部分载流子通过e-I-b， 基极电流大于集电极电流,（b）受正向磁场作用时， 载流子偏向发射结一侧， 集电极电流下降。,（c）受反向磁场作用时， 载流子偏向集电极一侧， 集电极电流增大。,3、主要特性 （1）磁电特性,（2）伏安特性,磁敏三极管的电流放大系数小于1且具有磁灵敏度,4、温度补偿电路,三、磁敏管的应用 特别适合于测量弱磁场、制作钳形电流计、测量转速和探伤、制作无触点开关等。 为提高磁

3、敏二极管三极管的磁灵敏度，需使磁力线垂直其敏感表面。 磁敏三极管与磁敏二极管相比，灵敏度更高(高几倍至十几倍)，应用更广。,5.1.2光敏二极管和光敏三极管,透明玻璃外壳，PN结上有透镜窗口。 工作时加反向电压。 没有光照时，处于截止状态。 受光照射时，处于导通状态。 受光照射时，PN结区产生电子空穴对， 形成与光强成正比的反向光电流。,一、光敏管的结构和工作原理 1、光敏二极管,2、光敏三极管 （1）结构,结构：基极b开路,be结很小，bc结很大且上有透镜窗口。 bc结处于反向偏置，可看作是光敏二极管。 原理：bc结无光照射时，不产生光生载流子，集电极只有极小暗电流流过。 bc结有光照射时，

4、产生光生载流子，集电极电流为bc结光生电流的倍。 光敏三极管具有比光敏二极管更高的灵敏度。,2、光敏三极管 （2）电路,等效电路：基极和集电极之间接有光敏二极管的普通三极管 基本电路：有发射极输出和集电极输出两种基本形式,二、光敏管的基本特性,图5-1-14 光敏三极管光控电路,三、光敏管的应用实例,图5-1-15 硅温敏管 正向电压的温度特性,5.1.3温敏二极管和温敏三极管,一、温敏二极管,二、温敏三极管,晶体管的发射结比二极管有更好的线性和互换性， 通常将晶体管的基极与集电极短接作为温度传感器,3、温敏管测温电路实例,（a）温敏管测温电桥 （b）温敏三极管测温电路 （c）温敏管数字温度计

5、,5.2 半导体集成传感器 5.2.1集成温度传感器,图52-1 电流型集成 温度传感器核心电路,图5-2-2 电压型集成 温度传感器核心电路,5.2.1集成温度传感器 一、电流型集成温度传感器 产品：LM134、AD590、AD592、TMP17等。使用温度范围55+150。 CI =1AK或1A /， I00 =273.2A。 二、电压型集成温度传感器 产品：TMP35、TMP36、TMP37、LM50等，使用温度范围55+150。 U00有的为0mV, 有的为500mV。 CV有的为20mV/, 有的为10mV/。 三、频率型集成温度传感器 特点：输出脉冲宽度固定（10ms）、脉冲间隔随

6、温度变化的方波信号 产品：TMP03/TMP04。 四、数字型集成温度传感器 特点：将温度转换成对应二进制数码串行输出。 产品：模数转换式AD7418 和LM74。 脉冲计数式DS1820等。,5.2.2集成霍尔传感器,一、开关型集成霍尔传感器 1、典型电路： 由霍尔元件、差分放大、施密特触发器、输出级组成,图52-3 霍尔开关集成电路原理线路图,图5-2-4 输出电平Uo与B的关系,2、迟滞特性,二、线性集成霍尔传感器 1、典型电路 ： 特点：霍尔元件和放大线路集成在一起，其输出信号与磁感应强度成正比,5.2.3集成压力、加速度传感器 一、集成压力传感器,图5-2-6 MPX2100的内部结构,1、组成结构：集固态压阻式应变电桥、温度补偿、校准和信号调理于同一块芯片上。 2、输出特性： 输出的直流电压与输入的被测压力成线性正比关系。 3、产品：MPX2100，量程0100kPa，输出040mV的直流电压,二、集成加速度传感器,图5-2-7 电容式加速度传感器的结构,结构：电容式加速度传感器、振荡器、解调器、放大器及基准电源集成一起。 硅片上