第六章--半导体传感器1.ppt

1、第六章 半导体传感器,6.1 半导体管传感器 1. 磁敏半导体 2. 热敏半导体 3. 气敏半导体 6.2 半导体集成传感器,6.1半导体管传感器,6.1.1 磁敏二极管和磁敏三极管,磁敏传感器：霍尔式、磁敏二极管、磁敏三极管。,磁敏传感器特点：输出信号大、灵敏度高、工作电流小和体积小。,2、工作原理,磁场H = 0： 少量电子和空穴 在 I 区、r区复合,正向磁场 H+ ： 电子和空穴偏向 r 区， 电流因复合增大而减小,反向磁场 H- ： 电子和空穴偏向 I 区， 电流因复合减少而增大,3、主要技术特性及参数,4、特点,（1）灵敏度高：测量弱磁场 （2）具有正反磁灵敏度 （3）线性范围较窄

2、,根据某一电压下的电流值可确定磁场的大小和方向。,（4）伏安特性,5、温度补偿电路,二、磁敏三极管,2、工作原理,无磁场作用： e - I - b：基极电流 输运基区：集电极电流,正向磁场作用： 载流子偏向发射极一侧， 集电极电流减小,反向磁场作用： 载流子偏向集电极一侧， 集电极电流偏大,磁敏三极管就是利用在正、反磁场作用下，其集电极电流出现明显变化来工作的。这样就可以利用磁敏三极管来测量弱磁场、电流、转速、位移等物理量。,3、主要特性,（1）磁电特性：在弱磁场作用时，曲线接近一条直线。,（2）伏安特性：磁敏三极管的电流放大系数小于1。,4、温度补偿电路,(a)图是用正温度系数的VT1补偿负

3、温度系数的VTm； (b)图是用正温度系数的磁敏二极管补偿负温度系数的VTm； (c)图两只特性相同，磁极性相反的磁敏三极管组成差分电路。,三、应用,例：漏磁探伤仪,无损伤部分：闭合磁路、无泄漏磁通，无输出信号 裂纹：泄漏磁通、磁敏二极管探头输出信号,测量：温度、与温度有关的参量, 热电偶,PN结型温度传感器,6.1.2热敏管,6.1.2 热敏管,一、热敏二极管,1PN结的温度特性,1）正向电压U与正向电流ID的关系,IS反向饱和电流,式中：,2)正向电压与温度关系,若ID恒定（一般取1050A），通常在0250温度范围内PN结正向电压随温度的增加而线性减少。,结论：在一定电流下，其正向电压随

4、温度的升高而降低，故呈现负温度系数。,式中 B与PN结内部结构和制造工艺有关的电流常数； Ugo由PN结禁带宽度决定的外插值（约为1.2V）。,二、热敏三极管,1温度特性晶体管的发射结的温度特性比二极管有更好的线性和互换性,根据晶体管有关理论可以证明，NPN晶体管的基极发射极电压与温度 和关系 为：,若 恒定，则 仅随 成单值函数变化。,2热敏三极管测温电路,通常将晶体管的基极与集电极短接或使二者等电位,6.1.3气敏管,气敏传感器,一、MOS二极管气敏器件,制作材料：P型半导体硅片（ Si ），二氧化硅（SiO2），钯（Pd）； 等效电路：Ca二氧化硅，CsSi和SiO2界面 工作原理：钯吸

5、收氢气，CV特性向负偏压方向偏移，可以利用C-V特性测定氢气的浓度。,二、钯MOS场效应晶体管气敏器件,Pd-MOSFET的栅极材料是Pd，而普通MOSFET为Al。,6.2 半导体集成传感器,集成传感器构成：半导体传感器芯片，温度补偿电 路， 信号处理电路，放大电路。 作用：提高可靠性，减小体积，便于实现传感器智能化 常见集成传感器,一、开关型集成霍尔传感器,1、电路原理,H为霍尔元件，V1、V2构成差分放大器, V3、V4构成施密特触发器 ，V5倒相放大, V6射极跟随器，V8、V7构成双管集电极输出。,6.2.1集成霍尔传感器,2、输出特性,霍尔开关正常工作时，常态应处“截止状态”。,二、线性集成霍尔传感器,VT1、VT2组成第一级差分放大，VT3VT6组成第二级差分放大，射极电阻R8外接，用于调整电路增益。,6.2.2 集成温度传感器,一、电流型集成温度传感器,、 基极发射极结为PN结对组成温敏部分。 为流过 电流的2倍，即,与绝对温度成正比。,二、电压型集成温度传感器,只要R2/R1为一常数，则输出电压正比于绝对温度。,三、其它集成传感器,1、 集成湿度传感器 电容集成湿度传感器，