常用傳感器原理及應(yīng)用講稿講義（PPT格式）

1、寧波大學(xué)信息學(xué)院常用傳感器原理及應(yīng)用常用傳感器原理及應(yīng)用一、溫度傳感器一、溫度傳感器二、光電傳感器二、光電傳感器三、霍爾傳感器三、霍爾傳感器四、超聲波傳感器四、超聲波傳感器寧波大學(xué)信息學(xué)院一、溫度傳感器一、溫度傳感器1 1、熱電阻傳感器、熱電阻傳感器2 2、結(jié)溫度傳感器、結(jié)溫度傳感器3 3、集成溫度傳感器、集成溫度傳感器寧波大學(xué)信息學(xué)院1 1、熱電阻傳感器、熱電阻傳感器 幾乎所有物質(zhì)的電阻率都隨本身溫度的變化而變化幾乎所有物質(zhì)的電阻率都隨本身溫度的變化而變化- -熱電阻效應(yīng)熱電阻效應(yīng)。 根據(jù)電阻和溫度之間的函數(shù)關(guān)系，可以將溫度變化量根據(jù)電阻和溫度之間的函數(shù)關(guān)系，可以將溫度變化量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電參

2、量，從而實(shí)現(xiàn)溫度的電測(cè)量。轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電參量，從而實(shí)現(xiàn)溫度的電測(cè)量。 利用這一原理制成的溫度敏感元件稱為利用這一原理制成的溫度敏感元件稱為熱電阻熱電阻。 熱電阻材料可分為熱電阻材料可分為金屬熱電阻金屬熱電阻和和半導(dǎo)體熱電阻半導(dǎo)體熱電阻。 rtd以以0阻值作為標(biāo)稱值。阻值作為標(biāo)稱值。如：如：pt100寧波大學(xué)信息學(xué)院（1）鉑電阻鉑電阻與溫度變化之間的關(guān)系為鉑電阻與溫度變化之間的關(guān)系為當(dāng)當(dāng)0t6600t660時(shí)，時(shí)，rtrt=r0=r0（1+at+bt1+at+bt2 2）當(dāng)當(dāng)-190t0-190tt2 - 2mv/k1n4148/1-5ma 當(dāng)正向電流一定時(shí),二極管的正向電壓與被測(cè)溫度成線性關(guān)系

3、； 在一定的電流下，其正向電壓隨溫度的升高而降低，故呈負(fù)溫度系數(shù)寧波大學(xué)信息學(xué)院3 3、集成溫度傳感器、集成溫度傳感器 集成溫度傳感器是以晶體管作為感溫元件，并將溫敏集成溫度傳感器是以晶體管作為感溫元件，并將溫敏晶體管及輔助電路集成在同一芯片上。單個(gè)晶體管基極晶體管及輔助電路集成在同一芯片上。單個(gè)晶體管基極 發(fā)射極之間的電壓在恒定集電極電流的條件下，可以認(rèn)為發(fā)射極之間的電壓在恒定集電極電流的條件下，可以認(rèn)為與溫度呈單值線性關(guān)系。與溫度呈單值線性關(guān)系。 集成溫度傳感器的輸出形式有電壓型電流型。電壓集成溫度傳感器的輸出形式有電壓型電流型。電壓型的靈敏度為型的靈敏度為1010mv/mv/，電流型的靈

4、敏度為，電流型的靈敏度為1 1a/ka/k。寧波大學(xué)信息學(xué)院ad590 （電流型）（電流型） ad590是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。它的的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：主要特性如下：1、流過(guò)器件的電流（、流過(guò)器件的電流（ a）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度度數(shù)）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度度數(shù)a/kit 2、ad590的測(cè)溫范圍為的測(cè)溫范圍為-55+150。3、ad590的電源電壓范圍為的電源電壓范圍為4v30v。ad590可以承受可以承受44v正向電壓和正向電壓和20v反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。

5、4、輸出電阻為、輸出電阻為710m 。5、精度高。有、精度高。有i、j、k、l、m五檔，五檔，m檔精度最高，誤差為檔精度最高，誤差為0.3。寧波大學(xué)信息學(xué)院寧波大學(xué)信息學(xué)院寧波大學(xué)信息學(xué)院二、光電傳感器二、光電傳感器（1）光譜光譜光波光波： 波長(zhǎng)為波長(zhǎng)為10106nm的電磁波的電磁波可見(jiàn)光可見(jiàn)光：波長(zhǎng)波長(zhǎng)380780nm紫外線紫外線：波長(zhǎng)波長(zhǎng)10380nm， 波長(zhǎng)波長(zhǎng)300380nm稱為近紫外線稱為近紫外線 波長(zhǎng)波長(zhǎng)200300nm稱為遠(yuǎn)紫外線稱為遠(yuǎn)紫外線 波長(zhǎng)波長(zhǎng)10200nm稱為極遠(yuǎn)紫外線，稱為極遠(yuǎn)紫外線，紅外線紅外線：波長(zhǎng)波長(zhǎng)780106nm 波長(zhǎng)波長(zhǎng)3m（即（即3000nm）以下的稱近

6、紅外線）以下的稱近紅外線 波長(zhǎng)超過(guò)波長(zhǎng)超過(guò)3m 的紅外線稱為遠(yuǎn)紅外線。的紅外線稱為遠(yuǎn)紅外線。1、概述、概述寧波大學(xué)信息學(xué)院光譜分布如圖所示光譜分布如圖所示顏顏 色色 紫紫藍(lán)藍(lán)青青綠綠黃黃橙橙紅紅波長(zhǎng)（波長(zhǎng)（nm）430380450430500450570500600570630600780630寧波大學(xué)信息學(xué)院 光電效應(yīng)光電效應(yīng)是指物體吸收了光能后轉(zhuǎn)換為該物是指物體吸收了光能后轉(zhuǎn)換為該物體中某些電子的能量，從而產(chǎn)生的電效應(yīng)。光電體中某些電子的能量，從而產(chǎn)生的電效應(yīng)。光電傳感器的工作原理基于光電效應(yīng)。光電效應(yīng)分為傳感器的工作原理基于光電效應(yīng)。光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)外光電效應(yīng)和和內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效

7、應(yīng)兩大類。兩大類。外光電效應(yīng)外光電效應(yīng) 在光線的作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表在光線的作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。向外發(fā)射的稱為外光電效應(yīng)。向外發(fā)射的電子叫做光電子。基于外光電效應(yīng)的光電器件有電子叫做光電子?；谕夤怆娦?yīng)的光電器件有光電管、光電倍增管等。光電管、光電倍增管等。（2 2）光電效應(yīng)）光電效應(yīng)寧波大學(xué)信息學(xué)院 當(dāng)光照射在物體上，使物體的當(dāng)光照射在物體上，使物體的電阻率電阻率發(fā)生發(fā)生變化，或產(chǎn)生變化，或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)光生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象叫做的現(xiàn)象叫做內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)，它多發(fā)生于半導(dǎo)體內(nèi)。根據(jù)工作原理的不同，內(nèi)它多發(fā)生于半導(dǎo)體內(nèi)。根據(jù)工

8、作原理的不同，內(nèi)光電效應(yīng)分為光電效應(yīng)分為光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng)和和光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng)兩類：兩類： a. 光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng) 在光線作用，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)在光線作用，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過(guò)渡到自由狀態(tài)，而引起材料電導(dǎo)率的變化，這過(guò)渡到自由狀態(tài)，而引起材料電導(dǎo)率的變化，這種現(xiàn)象被稱為光電導(dǎo)效應(yīng)?；谶@種效應(yīng)的光電種現(xiàn)象被稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。基于這種效應(yīng)的光電器件有器件有光敏電阻光敏電阻。內(nèi)光電效應(yīng)內(nèi)光電效應(yīng)寧波大學(xué)信息學(xué)院過(guò)程：過(guò)程：當(dāng)光照射到半導(dǎo)體材料上時(shí)，價(jià)帶中的電子受當(dāng)光照射到半導(dǎo)體材料上時(shí)，價(jià)帶中的電子受到能量大于或等于禁帶寬度的光子轟擊，并使其由價(jià)到能量大于或等于禁帶寬

9、度的光子轟擊，并使其由價(jià)帶越過(guò)禁帶躍入導(dǎo)帶，如圖，使材料中導(dǎo)帶內(nèi)的電子帶越過(guò)禁帶躍入導(dǎo)帶，如圖，使材料中導(dǎo)帶內(nèi)的電子和價(jià)帶內(nèi)的空穴濃度增加，從而使電導(dǎo)率變大。和價(jià)帶內(nèi)的空穴濃度增加，從而使電導(dǎo)率變大。導(dǎo)帶導(dǎo)帶價(jià)帶價(jià)帶禁帶禁帶自由電子所占能帶自由電子所占能帶不存在電子所占能帶不存在電子所占能帶價(jià)電子所占能帶價(jià)電子所占能帶eg寧波大學(xué)信息學(xué)院 材料的光導(dǎo)性能決定于禁帶寬度，對(duì)于一材料的光導(dǎo)性能決定于禁帶寬度，對(duì)于一種光電導(dǎo)材料，總存在一個(gè)照射光波長(zhǎng)限種光電導(dǎo)材料，總存在一個(gè)照射光波長(zhǎng)限0，只有波長(zhǎng)小于只有波長(zhǎng)小于0的光照射在光電導(dǎo)體上，才能的光照射在光電導(dǎo)體上，才能產(chǎn)生電子能級(jí)間的躍進(jìn)，從而使光電

10、導(dǎo)體的電產(chǎn)生電子能級(jí)間的躍進(jìn)，從而使光電導(dǎo)體的電導(dǎo)率增加。導(dǎo)率增加。 式中式中、分別為入射光的頻率和波長(zhǎng)分別為入射光的頻率和波長(zhǎng)。 eg24. 1hch 為了實(shí)現(xiàn)能級(jí)的躍遷，入射光的能量必須大于光為了實(shí)現(xiàn)能級(jí)的躍遷，入射光的能量必須大于光電導(dǎo)材料的禁帶寬度電導(dǎo)材料的禁帶寬度eg，即，即寧波大學(xué)信息學(xué)院 b. 光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng) 在光線作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)在光線作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象叫做勢(shì)的現(xiàn)象叫做光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng)。 基于該效應(yīng)的光電器件有基于該效應(yīng)的光電器件有光電池光電池和和光敏二極管光敏二極管、光敏三極管光敏三極管。 勢(shì)壘效應(yīng)（結(jié)光電效應(yīng)）。勢(shì)

11、壘效應(yīng)（結(jié)光電效應(yīng)）。 接觸的半導(dǎo)體和接觸的半導(dǎo)體和pn結(jié)中，當(dāng)光線照射其接觸區(qū)結(jié)中，當(dāng)光線照射其接觸區(qū)域時(shí)，便引起光電動(dòng)勢(shì)，域時(shí)，便引起光電動(dòng)勢(shì)，這就是結(jié)光電效應(yīng)。以這就是結(jié)光電效應(yīng)。以pn結(jié)為例，光線照射結(jié)為例，光線照射pn結(jié)時(shí)，設(shè)光子能量大于禁帶寬結(jié)時(shí)，設(shè)光子能量大于禁帶寬度度eg，使價(jià)帶中的電子躍遷到導(dǎo)帶，而產(chǎn)生電子空穴，使價(jià)帶中的電子躍遷到導(dǎo)帶，而產(chǎn)生電子空穴對(duì)，在阻擋層內(nèi)電場(chǎng)的作用下，被光激發(fā)的電子移向?qū)Γ谧钃鯇觾?nèi)電場(chǎng)的作用下，被光激發(fā)的電子移向n區(qū)外側(cè)，被光激發(fā)的空穴移向區(qū)外側(cè)，被光激發(fā)的空穴移向p區(qū)外側(cè)，從而使區(qū)外側(cè)，從而使p區(qū)區(qū)帶正電，帶正電，n區(qū)帶負(fù)電，形成光電動(dòng)勢(shì)。區(qū)帶

12、負(fù)電，形成光電動(dòng)勢(shì)。 寧波大學(xué)信息學(xué)院側(cè)向光電效應(yīng)。側(cè)向光電效應(yīng)。 當(dāng)半導(dǎo)體光電器件受光照不均勻時(shí)，有載流子濃當(dāng)半導(dǎo)體光電器件受光照不均勻時(shí)，有載流子濃度梯度將會(huì)產(chǎn)生側(cè)向光電效應(yīng)。度梯度將會(huì)產(chǎn)生側(cè)向光電效應(yīng)。當(dāng)光照部分吸收入射當(dāng)光照部分吸收入射光子的能量產(chǎn)生電子空穴對(duì)時(shí)，光照部分載流子濃度光子的能量產(chǎn)生電子空穴對(duì)時(shí)，光照部分載流子濃度比未受光照部分的載流子濃度大，就出現(xiàn)了載流子濃比未受光照部分的載流子濃度大，就出現(xiàn)了載流子濃度梯度，因而載流子就要擴(kuò)散。如果電子遷移率比空度梯度，因而載流子就要擴(kuò)散。如果電子遷移率比空穴大，那么空穴的擴(kuò)散不明顯，則電子向未被光照部穴大，那么空穴的擴(kuò)散不明顯，則電子

13、向未被光照部分?jǐn)U散，就造成光照射的部分帶正電，未被光照射部分?jǐn)U散，就造成光照射的部分帶正電，未被光照射部分帶負(fù)電，光照部分與未被光照部分產(chǎn)生光電動(dòng)勢(shì)。分帶負(fù)電，光照部分與未被光照部分產(chǎn)生光電動(dòng)勢(shì)?；谠撔?yīng)的光電器件如半導(dǎo)體光電位置敏感器件基于該效應(yīng)的光電器件如半導(dǎo)體光電位置敏感器件（psd）。）。寧波大學(xué)信息學(xué)院2、光敏電阻、光敏電阻 光敏電阻器是利用半導(dǎo)體光電導(dǎo)效應(yīng)制成的一種特殊光敏電阻器是利用半導(dǎo)體光電導(dǎo)效應(yīng)制成的一種特殊電阻器，對(duì)光線十分敏感。它在無(wú)光照射時(shí)，呈高阻狀態(tài)；電阻器，對(duì)光線十分敏感。它在無(wú)光照射時(shí)，呈高阻狀態(tài)；當(dāng)有光照射時(shí)，其電阻值迅速減小。當(dāng)有光照射時(shí)，其電阻值迅速減小。

14、 (1)光敏電阻器的結(jié)構(gòu)與特性光敏電阻器的結(jié)構(gòu)與特性: 光敏電阻器通常由光敏層、光敏電阻器通常由光敏層、玻璃基片（或樹脂防潮膜）和電極等組成玻璃基片（或樹脂防潮膜）和電極等組成.rg寧波大學(xué)信息學(xué)院 光敏電阻的結(jié)構(gòu)如圖所示。管芯是一塊安裝在絕緣襯底上光敏電阻的結(jié)構(gòu)如圖所示。管芯是一塊安裝在絕緣襯底上帶有兩個(gè)歐姆接觸電極的光電導(dǎo)體。光導(dǎo)體吸收光子而產(chǎn)生的光帶有兩個(gè)歐姆接觸電極的光電導(dǎo)體。光導(dǎo)體吸收光子而產(chǎn)生的光電效應(yīng)，只限于光照的表面薄層，雖然產(chǎn)生的載流子也有少數(shù)擴(kuò)電效應(yīng)，只限于光照的表面薄層，雖然產(chǎn)生的載流子也有少數(shù)擴(kuò)散到內(nèi)部去，但擴(kuò)散深度散到內(nèi)部去，但擴(kuò)散深度有有限，因此光電導(dǎo)體一般都做成薄

15、層。限，因此光電導(dǎo)體一般都做成薄層。為了獲得高的靈敏度，光敏電阻的電極一般采用為了獲得高的靈敏度，光敏電阻的電極一般采用梳子狀梳子狀圖案圖案.a金屬封裝的金屬封裝的硫化鎘光敏電阻硫化鎘光敏電阻結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖光導(dǎo)電材料光導(dǎo)電材料絕緣襯低絕緣襯低引線引線電極電極引線引線光電導(dǎo)體光電導(dǎo)體寧波大學(xué)信息學(xué)院（2）光敏電阻器的種類）光敏電阻器的種類 光敏電阻器可以根據(jù)光敏電阻器的制作材料和光譜特性來(lái)光敏電阻器可以根據(jù)光敏電阻器的制作材料和光譜特性來(lái)分類。分類。 按光敏電阻器的制作材料分類按光敏電阻器的制作材料分類 光敏電阻器按其制作材料的不同可分為光敏電阻器按其制作材料的不同可分為多晶光敏電阻多晶光敏電阻器

16、和器和單晶光敏電阻單晶光敏電阻器，器，還可分為硫化還可分為硫化鎘鎘(cds)光敏電阻器、光敏電阻器、 硒化硒化鎘鎘(cdse)光敏電阻器、光敏電阻器、 硫化硫化鉛鉛(pbs)光敏電阻器、光敏電阻器、 硒化硒化鉛鉛(pbse) 光敏電阻器、光敏電阻器、 銻化銻化銦銦(insb) 光敏電阻器等多種。光敏電阻器等多種。寧波大學(xué)信息學(xué)院寧波大學(xué)信息學(xué)院按光譜特性分類：按光譜特性分類： 光敏電阻器按其光譜特性可分為光敏電阻器按其光譜特性可分為: 可見(jiàn)光光敏電阻器可見(jiàn)光光敏電阻器 紫外光光敏電阻器紫外光光敏電阻器 紅外光光敏電阻器。紅外光光敏電阻器。 可見(jiàn)光光敏電阻器可見(jiàn)光光敏電阻器主要用于各種光電自動(dòng)控

17、制系統(tǒng)、電子主要用于各種光電自動(dòng)控制系統(tǒng)、電子照相機(jī)和光報(bào)警器等電子產(chǎn)品中。照相機(jī)和光報(bào)警器等電子產(chǎn)品中。 紫外光光敏電阻器紫外光光敏電阻器主要用于紫外線探測(cè)儀器。主要用于紫外線探測(cè)儀器。 紅外光光敏電阻器紅外光光敏電阻器主要用于天文、軍事等領(lǐng)域的有關(guān)自動(dòng)主要用于天文、軍事等領(lǐng)域的有關(guān)自動(dòng)控制系統(tǒng)中?？刂葡到y(tǒng)中。 寧波大學(xué)信息學(xué)院（3）光敏電阻器的主要參數(shù)）光敏電阻器的主要參數(shù) 1亮電阻亮電阻 （rl）是指光敏電阻器受到光照射時(shí)的電阻是指光敏電阻器受到光照射時(shí)的電阻值。值。 2暗電阻暗電阻 （rd）是指光敏電阻器在無(wú)光照射（黑暗環(huán)是指光敏電阻器在無(wú)光照射（黑暗環(huán)境）時(shí)的電阻值。境）時(shí)的電阻值。

18、 3最高工作電壓最高工作電壓 （vm）是指光敏電阻器在額定功率下是指光敏電阻器在額定功率下所允許承受的最高電壓。所允許承受的最高電壓。 4亮電流亮電流 （il）是指在光照射時(shí)，光敏電阻器在規(guī)定是指在光照射時(shí)，光敏電阻器在規(guī)定的外加電壓受到光照時(shí)所通過(guò)的電流。的外加電壓受到光照時(shí)所通過(guò)的電流。 5暗電流暗電流 （id）是指在無(wú)光照射時(shí)，光敏電阻器在規(guī)是指在無(wú)光照射時(shí)，光敏電阻器在規(guī)定的外加電壓下通過(guò)的電流。定的外加電壓下通過(guò)的電流。 寧波大學(xué)信息學(xué)院 6時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù) 是指光敏電阻器從光照躍變開始到穩(wěn)定是指光敏電阻器從光照躍變開始到穩(wěn)定亮電流的亮電流的63%時(shí)所需的時(shí)間。時(shí)所需的時(shí)間。 7電阻

19、溫度系數(shù)電阻溫度系數(shù) 是指光敏電阻器在環(huán)境溫度改變是指光敏電阻器在環(huán)境溫度改變1時(shí)，其電阻值的相對(duì)變化。時(shí)，其電阻值的相對(duì)變化。 8靈敏度靈敏度 是指光敏電阻器在有光照射和無(wú)光照射時(shí)是指光敏電阻器在有光照射和無(wú)光照射時(shí)電阻值的相對(duì)變化。電阻值的相對(duì)變化。 （4）常用的光敏電阻器）常用的光敏電阻器 常用的光敏電阻器有常用的光敏電阻器有mg41mg45系列系列寧波大學(xué)信息學(xué)院表表 光敏電阻器的型號(hào)命名及含義光敏電阻器的型號(hào)命名及含義 第一部分：主稱第一部分：主稱第二部分：用途或特征第二部分：用途或特征第三部分：序號(hào)第三部分：序號(hào)字母字母含義含義數(shù)字?jǐn)?shù)字含義含義mgmg光敏電阻器光敏電阻器0 0特殊

20、特殊用數(shù)字表示序號(hào)，以區(qū)別該電用數(shù)字表示序號(hào)，以區(qū)別該電阻器的外形尺寸及性能指標(biāo)阻器的外形尺寸及性能指標(biāo)1 1紫外光紫外光2 2紫外光紫外光3 3紫外光紫外光4 4可見(jiàn)光可見(jiàn)光5 5可見(jiàn)光可見(jiàn)光6 6可見(jiàn)光可見(jiàn)光7 7紅外光紅外光8 8紅外光紅外光9 9紅外光紅外光寧波大學(xué)信息學(xué)院產(chǎn)品產(chǎn)品名稱：名稱： cds cds光敏電阻光敏電阻4 4系列系列型號(hào)型號(hào) 最大最大 最大最大 環(huán)境環(huán)境 光譜峰值光譜峰值 亮電阻亮電阻 暗電阻暗電阻100/10 100/10 響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間 電壓電壓( (v) v) 功率功率( (mwmw) ) 溫度溫度( () () (nm) 10lux/k nm) 10lu

21、x/k (m (m) ) 上升上升 下降下降gm4516gm4516 150 50 -30-+70 540 5-10 150 50 -30-+70 540 5-10 0.5 0.6 20 300.5 0.6 20 30gm4527gm4527 150 50 150 50 -30-+70 540 10-30 -30-+70 540 10-30 2 0.7 20302 0.7 2030gm4538gm4538 150 50 -30-+70 540 30-50 150 50 -30-+70 540 30-50 5 0.8 20305 0.8 2030gm4549gm4549 150 50 -30-+

22、70 540 50-150 150 50 -30-+70 540 50-150 10 10 0.9 20300.9 2030河南河南南陽(yáng)市信利佳電子有限責(zé)任公司南陽(yáng)市信利佳電子有限責(zé)任公司生產(chǎn)的生產(chǎn)的光敏電阻光敏電阻4 4系列系列參數(shù)。參數(shù)。寧波大學(xué)信息學(xué)院應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍： 照相機(jī)自動(dòng)測(cè)光照相機(jī)自動(dòng)測(cè)光 室內(nèi)光線控制室內(nèi)光線控制 報(bào)警器報(bào)警器 工業(yè)控制工業(yè)控制 光控開關(guān)光控開關(guān) 電子玩具電子玩具 寧波大學(xué)信息學(xué)院 光電二極管，其光電二極管，其基本結(jié)構(gòu)也是一個(gè)基本結(jié)構(gòu)也是一個(gè)pn結(jié)結(jié)。結(jié)面積小，因此結(jié)面積小，因此它的頻率特性特別好它的頻率特性特別好。輸出電流一般為幾輸出電流一般為幾a到幾十到

23、幾十a(chǎn)。按材。按材料分，光電二極管有硅、砷化鎵、銻化銦光電二極管等許多種。料分，光電二極管有硅、砷化鎵、銻化銦光電二極管等許多種。按結(jié)構(gòu)分，有同質(zhì)結(jié)與異質(zhì)結(jié)之分。其中最典型的是同質(zhì)結(jié)硅按結(jié)構(gòu)分，有同質(zhì)結(jié)與異質(zhì)結(jié)之分。其中最典型的是同質(zhì)結(jié)硅光電二極管。光電二極管。 國(guó)產(chǎn)硅光電二極管按襯底材料的導(dǎo)電類型不同，分為國(guó)產(chǎn)硅光電二極管按襯底材料的導(dǎo)電類型不同，分為2cu和和2du兩種系列。兩種系列。2cu系列以系列以n-si為襯底，為襯底，2du系列以系列以p-si為襯底為襯底。2cu系列的光電二極管只有兩條引線，而系列的光電二極管只有兩條引線，而2du系列光電二極系列光電二極管有三條引線。管有三條引線

24、。 3 3、光敏二極管和光敏三極管、光敏二極管和光敏三極管寧波大學(xué)信息學(xué)院 光敏二極管符號(hào)如圖。鍺光敏二極管有光敏二極管符號(hào)如圖。鍺光敏二極管有a，b，c，d四類；四類；硅光敏二極管有硅光敏二極管有2cu1ad系列、系列、2du14系列。系列。 光敏二極管的結(jié)構(gòu)與一般二極管相似、它裝在透明玻璃外光敏二極管的結(jié)構(gòu)與一般二極管相似、它裝在透明玻璃外殼中，其殼中，其pn結(jié)裝在管頂，可直接受到光照射。光敏二極管在電結(jié)裝在管頂，可直接受到光照射。光敏二極管在電路中一般是處于路中一般是處于反向工作狀態(tài)反向工作狀態(tài)，如圖所示。，如圖所示。pn光光光敏二極管符號(hào)光敏二極管符號(hào)rl 光光pn光敏二極管接線光敏二

25、極管接線(1) (1) 光敏二極管光敏二極管寧波大學(xué)信息學(xué)院 光敏二極管在沒(méi)有光照射時(shí)，反向電阻很大，反向電流很光敏二極管在沒(méi)有光照射時(shí)，反向電阻很大，反向電流很小。反向電流也叫做小。反向電流也叫做暗電流暗電流當(dāng)光照射時(shí)，光敏二極管的工作原當(dāng)光照射時(shí)，光敏二極管的工作原理與光電池的工作原理很相似。當(dāng)光不照射時(shí)，光敏二極管處于理與光電池的工作原理很相似。當(dāng)光不照射時(shí)，光敏二極管處于載止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)只有少數(shù)載流子在反向偏壓的作用下，渡越阻擋載止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)只有少數(shù)載流子在反向偏壓的作用下，渡越阻擋層形成微小的反向電流即暗電流層形成微小的反向電流即暗電流. 受光照射時(shí)，受光照射時(shí)，pn結(jié)附近結(jié)附近受光子

26、轟擊，吸收其能量而受光子轟擊，吸收其能量而產(chǎn)生電子產(chǎn)生電子- -空穴對(duì)，從而使空穴對(duì)，從而使p區(qū)和區(qū)和n區(qū)的少數(shù)載流子濃度大區(qū)的少數(shù)載流子濃度大大增加，因此在外加反向偏大增加，因此在外加反向偏壓和內(nèi)電場(chǎng)的作用下，壓和內(nèi)電場(chǎng)的作用下， p區(qū)區(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進(jìn)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進(jìn)入入n區(qū)，區(qū)， n區(qū)的少數(shù)載流子渡區(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進(jìn)入越阻擋層進(jìn)入p區(qū)，從而使通區(qū)，從而使通過(guò)過(guò)pn結(jié)的反向電流大為增加，結(jié)的反向電流大為增加，這就形成了光電流這就形成了光電流。寧波大學(xué)信息學(xué)院寧波大學(xué)信息學(xué)院 a. pin a. pin管結(jié)光電二極管管結(jié)光電二極管 pin管是光電二極管中的一種。它的結(jié)

27、構(gòu)特點(diǎn)是，在管是光電二極管中的一種。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，在p型半型半導(dǎo)體和導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間夾著一層（相對(duì)）很厚的本征半導(dǎo)體。這型半導(dǎo)體之間夾著一層（相對(duì)）很厚的本征半導(dǎo)體。這樣，樣，pn結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)就基本上全集中于結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)就基本上全集中于 i 層中，從而使層中，從而使pn結(jié)雙電結(jié)雙電層的間距加寬，結(jié)電容變小。層的間距加寬，結(jié)電容變小。 由式由式 = cjrl與與 f = 1/2知，知，cj小，小，則小，頻帶將變寬。則小，頻帶將變寬。 p-si n-si i-sipin管結(jié)構(gòu)示意圖管結(jié)構(gòu)示意圖寧波大學(xué)信息學(xué)院最大特點(diǎn)：最大特點(diǎn)： 頻帶寬，可達(dá)頻帶寬，可達(dá)10ghz; 在反偏壓下運(yùn)用可承受較高的反

28、向電壓在反偏壓下運(yùn)用可承受較高的反向電壓; 線性輸出范圍寬。線性輸出范圍寬。不不 足：足：i層電阻很大，管子的輸出電流小，一般層電阻很大，管子的輸出電流小，一般多為零點(diǎn)幾微安至數(shù)微安。多為零點(diǎn)幾微安至數(shù)微安。 目前有將目前有將pin管與前置運(yùn)算放大器集成在同一硅管與前置運(yùn)算放大器集成在同一硅片上并封裝于一個(gè)管殼內(nèi)的商品出售。片上并封裝于一個(gè)管殼內(nèi)的商品出售。 寧波大學(xué)信息學(xué)院 雪崩光電二極管是利用雪崩光電二極管是利用pn結(jié)在高反向電壓下產(chǎn)生的雪崩結(jié)在高反向電壓下產(chǎn)生的雪崩效應(yīng)來(lái)工作的一種二極管。效應(yīng)來(lái)工作的一種二極管。 這種管子這種管子工作電壓很高工作電壓很高，約，約100200v，接近于反向

29、擊穿電，接近于反向擊穿電壓。結(jié)區(qū)內(nèi)電場(chǎng)極強(qiáng)，壓。結(jié)區(qū)內(nèi)電場(chǎng)極強(qiáng)，光生電子在這種強(qiáng)電場(chǎng)中可得到極大光生電子在這種強(qiáng)電場(chǎng)中可得到極大的加速的加速，同時(shí)與晶格碰撞而產(chǎn)生電離雪崩反應(yīng)。因此，這種，同時(shí)與晶格碰撞而產(chǎn)生電離雪崩反應(yīng)。因此，這種管子有很高的內(nèi)增益，可達(dá)到幾百。當(dāng)電壓等于反向擊穿電管子有很高的內(nèi)增益，可達(dá)到幾百。當(dāng)電壓等于反向擊穿電壓時(shí)，壓時(shí)，電流增益可達(dá)電流增益可達(dá)106，即產(chǎn)生所謂的雪崩。這種管子響應(yīng)，即產(chǎn)生所謂的雪崩。這種管子響應(yīng)速度特別快，速度特別快，帶寬可達(dá)帶寬可達(dá)100ghz，是目前響應(yīng)速度最快的一種，是目前響應(yīng)速度最快的一種光電二極管。光電二極管。 噪聲大是這種管子目前的一個(gè)主

30、要缺點(diǎn)。由于雪崩反應(yīng)噪聲大是這種管子目前的一個(gè)主要缺點(diǎn)。由于雪崩反應(yīng)是隨機(jī)的，所以它的噪聲較大，特別是工作電壓接近或等于是隨機(jī)的，所以它的噪聲較大，特別是工作電壓接近或等于反向擊穿電壓時(shí)，噪聲可增大到放大器的噪聲水平，以至無(wú)反向擊穿電壓時(shí)，噪聲可增大到放大器的噪聲水平，以至無(wú)法使用。但由于法使用。但由于apd的響應(yīng)時(shí)間極短，靈敏度很高，它在光的響應(yīng)時(shí)間極短，靈敏度很高，它在光通信中應(yīng)用前景廣闊。通信中應(yīng)用前景廣闊。 b. b. 雪崩光電二極管雪崩光電二極管( (apd)apd)寧波大學(xué)信息學(xué)院光電二極管的應(yīng)用光電二極管的應(yīng)用寧波大學(xué)信息學(xué)院寧波大學(xué)信息學(xué)院 光敏三極管有光敏三極管有pnp型和型

31、和npn型兩種，如圖。其結(jié)構(gòu)與一般型兩種，如圖。其結(jié)構(gòu)與一般三極管很相似，具有電流增益三極管很相似，具有電流增益,只是它的發(fā)射極一邊做的很大只是它的發(fā)射極一邊做的很大,以以擴(kuò)大光的照射面積擴(kuò)大光的照射面積,且其基極不接引線。當(dāng)集電極加上正電壓且其基極不接引線。當(dāng)集電極加上正電壓,基基極開路時(shí)極開路時(shí),集電極處于反向偏置狀態(tài)。集電極處于反向偏置狀態(tài)。當(dāng)光線照射在集電結(jié)的基當(dāng)光線照射在集電結(jié)的基區(qū)時(shí)區(qū)時(shí),會(huì)產(chǎn)生電子會(huì)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)空穴對(duì),在內(nèi)電場(chǎng)的作用下在內(nèi)電場(chǎng)的作用下,光生電子被拉到集光生電子被拉到集電極電極,基區(qū)留下空穴基區(qū)留下空穴,使基極與發(fā)射極間的電壓升高使基極與發(fā)射極間的電壓升高,這樣

32、便有大量這樣便有大量的電子流向集電極的電子流向集電極,形成輸出電流形成輸出電流,且集電極電流為光電流的且集電極電流為光電流的倍。倍。 ppnnnpe b bc rl eec( 2 ) ( 2 ) 光敏三極管光敏三極管寧波大學(xué)信息學(xué)院寧波大學(xué)信息學(xué)院光敏三極管的主要特性：光敏三極管的主要特性： 光敏三極管存在一個(gè)光敏三極管存在一個(gè)最佳靈敏度最佳靈敏度的峰值波長(zhǎng)。當(dāng)入射光的的峰值波長(zhǎng)。當(dāng)入射光的波長(zhǎng)增加時(shí)，相對(duì)靈敏度要下降。因?yàn)楣庾幽芰刻?，不足以波長(zhǎng)增加時(shí)，相對(duì)靈敏度要下降。因?yàn)楣庾幽芰刻。蛔阋约ぐl(fā)電子空穴對(duì)。當(dāng)入射光的波長(zhǎng)縮短時(shí)，相對(duì)靈敏度也下降激發(fā)電子空穴對(duì)。當(dāng)入射光的波長(zhǎng)縮短時(shí)，相對(duì)靈

33、敏度也下降，這是由于光子在半導(dǎo)體表面附近就被吸收，并且在表面激發(fā)，這是由于光子在半導(dǎo)體表面附近就被吸收，并且在表面激發(fā)的電子空穴對(duì)不能到達(dá)的電子空穴對(duì)不能到達(dá)pn結(jié)，因而使相對(duì)靈敏度下降。結(jié)，因而使相對(duì)靈敏度下降。光譜特性光譜特性入射光相對(duì)靈敏度相對(duì)靈敏度/%硅鍺/40008000120001600010080604020 0硅的峰值波長(zhǎng)為硅的峰值波長(zhǎng)為9000，鍺的峰值波長(zhǎng)為鍺的峰值波長(zhǎng)為15000。由于鍺管的暗電流比硅由于鍺管的暗電流比硅管大，因此鍺管的性能管大，因此鍺管的性能較差。故在可見(jiàn)光或探較差。故在可見(jiàn)光或探測(cè)赤熱狀態(tài)物體時(shí)，一測(cè)赤熱狀態(tài)物體時(shí)，一般選用硅管；但對(duì)般選用硅管；但對(duì)紅

34、外紅外線線進(jìn)行探測(cè)時(shí)進(jìn)行探測(cè)時(shí),則采用鍺則采用鍺管較合適。管較合適。寧波大學(xué)信息學(xué)院伏安特性伏安特性 光敏三極管的伏安特性曲線如圖所示。光敏三極管在不同光敏三極管的伏安特性曲線如圖所示。光敏三極管在不同的照度下的伏安特性，就像一般晶體管在不同的基極電流時(shí)的的照度下的伏安特性，就像一般晶體管在不同的基極電流時(shí)的輸出特性一樣。因此，只要將入射光照在發(fā)射極輸出特性一樣。因此，只要將入射光照在發(fā)射極e與基極與基極b之間之間的的pn結(jié)附近，所產(chǎn)生的光電流看作基極電流，就可將光敏三極結(jié)附近，所產(chǎn)生的光電流看作基極電流，就可將光敏三極管看作一般的晶體管。光敏三極管能把光信號(hào)變成電信號(hào)，而管看作一般的晶體管。

35、光敏三極管能把光信號(hào)變成電信號(hào)，而且輸出的電信號(hào)較大。且輸出的電信號(hào)較大。0500lx1000lx1500lx2000lx2500lxi/ma24620406080光敏晶體管的伏安特性u(píng)/v寧波大學(xué)信息學(xué)院光敏晶體管的光照特性i / al/lx200400600800100001.02.03.0 光敏三極管的光照特性如圖所示。它給出了光敏三極管的光敏三極管的光照特性如圖所示。它給出了光敏三極管的輸出電流輸出電流 i i 和照度之間的關(guān)系。它們之間呈現(xiàn)了近似線性關(guān)和照度之間的關(guān)系。它們之間呈現(xiàn)了近似線性關(guān)系。當(dāng)光照足夠大系。當(dāng)光照足夠大( (幾幾klxklx) )時(shí)，會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，從而使光敏時(shí)

36、，會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，從而使光敏三極管既可作線性轉(zhuǎn)換元件，也可作開關(guān)元件。三極管既可作線性轉(zhuǎn)換元件，也可作開關(guān)元件。 光照特性光照特性寧波大學(xué)信息學(xué)院暗電流暗電流/ua光電流光電流/ua10 20 30 40 50 60 70t /c25 050100 02003004001020 30 4050 60 70 80t/c光敏晶體管的溫度特性光敏晶體管的溫度特性 光敏三極管的溫度特性曲線反映的是光敏三極管的暗電流及光敏三極管的溫度特性曲線反映的是光敏三極管的暗電流及光電流與溫度的關(guān)系。從特性曲線可以看出，溫度變化對(duì)光電流光電流與溫度的關(guān)系。從特性曲線可以看出，溫度變化對(duì)光電流的影響很小，而對(duì)暗電流的

37、影響很大所以電子線路中應(yīng)該對(duì)暗的影響很小，而對(duì)暗電流的影響很大所以電子線路中應(yīng)該對(duì)暗電流進(jìn)行溫度補(bǔ)償，否則將會(huì)導(dǎo)致輸出誤差。電流進(jìn)行溫度補(bǔ)償，否則將會(huì)導(dǎo)致輸出誤差。溫度特性溫度特性寧波大學(xué)信息學(xué)院 光敏三極管的頻率特性曲線如圖所示。光敏三極管的頻率光敏三極管的頻率特性曲線如圖所示。光敏三極管的頻率特性受負(fù)載電阻的影響，減小負(fù)載電阻可以提高頻率響應(yīng)。一特性受負(fù)載電阻的影響，減小負(fù)載電阻可以提高頻率響應(yīng)。一般來(lái)說(shuō)，光敏三極管的頻率響應(yīng)比光敏二極管差。對(duì)于鍺管，般來(lái)說(shuō)，光敏三極管的頻率響應(yīng)比光敏二極管差。對(duì)于鍺管，入射光的調(diào)制頻率要求在入射光的調(diào)制頻率要求在5 5k khzhz以下。硅管的頻率響應(yīng)要

38、比鍺管以下。硅管的頻率響應(yīng)要比鍺管好。好。0100100050050001000020406010080rl=1krl=10krl=100k入射光調(diào)制頻率 / hz相對(duì)靈敏度/% 光敏晶體管的頻率特性光敏晶體管的頻率特性光敏三極管的頻率特性光敏三極管的頻率特性寧波大學(xué)信息學(xué)院寧波大學(xué)信息學(xué)院光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)和分類光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)和分類: :遮斷型遮斷型 反射型反射型反射型分為兩種情況：反射鏡反射型反射型分為兩種情況：反射鏡反射型 被測(cè)物漫反射型（簡(jiǎn)稱散射型）被測(cè)物漫反射型（簡(jiǎn)稱散射型）4、光電開關(guān)光電開關(guān)遮斷遮斷型光電開關(guān)結(jié)構(gòu)型光電開關(guān)結(jié)構(gòu)寧波大學(xué)信息學(xué)院反射型光電開關(guān)結(jié)構(gòu)反射型光電開關(guān)結(jié)構(gòu)反射式

39、煙霧探測(cè)電路反射式煙霧探測(cè)電路寧波大學(xué)信息學(xué)院透射式光電測(cè)速裝置透射式光電測(cè)速裝置寧波大學(xué)信息學(xué)院5、 熱釋電紅外傳感器熱釋電紅外傳感器 熱釋電紅外傳感器是一種能檢測(cè)人或動(dòng)物發(fā)射的紅熱釋電紅外傳感器是一種能檢測(cè)人或動(dòng)物發(fā)射的紅外線而輸出電信號(hào)的傳感器。外線而輸出電信號(hào)的傳感器。 熱釋電效應(yīng)熱釋電效應(yīng)是指由于溫度的變化而引起晶體表面電是指由于溫度的變化而引起晶體表面電荷變化的現(xiàn)象。荷變化的現(xiàn)象。（a）在一定溫度下產(chǎn)生極化。）在一定溫度下產(chǎn)生極化。（b）兩種電荷分別吸引大氣中的正負(fù)電荷，晶體呈電中性。）兩種電荷分別吸引大氣中的正負(fù)電荷，晶體呈電中性。（c）溫度的變化，使晶體內(nèi)表面極化電荷減少，外表

40、面電荷不能立即）溫度的變化，使晶體內(nèi)表面極化電荷減少，外表面電荷不能立即消失，外表面產(chǎn)生電壓。消失，外表面產(chǎn)生電壓。工作原理：工作原理：寧波大學(xué)信息學(xué)院結(jié)構(gòu)及等效電路結(jié)構(gòu)及等效電路寧波大學(xué)信息學(xué)院 人體溫人體溫37度，會(huì)發(fā)出度，會(huì)發(fā)出10um左右的紅外線，該紅外線左右的紅外線，該紅外線通過(guò)菲泥爾透鏡增強(qiáng)后聚集到熱釋電傳感器上，向外釋放通過(guò)菲泥爾透鏡增強(qiáng)后聚集到熱釋電傳感器上，向外釋放電荷，后續(xù)電路即可檢測(cè)電荷，后續(xù)電路即可檢測(cè)。寧波大學(xué)信息學(xué)院寧波大學(xué)信息學(xué)院三、霍爾傳感器三、霍爾傳感器霍爾效應(yīng)簡(jiǎn)述霍爾效應(yīng)簡(jiǎn)述 如圖所示如圖所示, , 將一塊載流導(dǎo)將一塊載流導(dǎo)電板放入垂直于它的磁場(chǎng)中電板放入垂

41、直于它的磁場(chǎng)中, ,當(dāng)當(dāng)有電流通過(guò)導(dǎo)電板時(shí)有電流通過(guò)導(dǎo)電板時(shí), ,將在它的將在它的上、下兩側(cè)產(chǎn)生一個(gè)電位差。上、下兩側(cè)產(chǎn)生一個(gè)電位差。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn), ,在磁場(chǎng)不太強(qiáng)的情況在磁場(chǎng)不太強(qiáng)的情況下下, ,該電位差該電位差v vh h 與電流強(qiáng)渡與電流強(qiáng)渡i i 和磁感應(yīng)和磁感應(yīng)b b 成正比成正比, ,與導(dǎo)電板的與導(dǎo)電板的厚度厚度d d 成反比成反比, ,即即v vh h = k ( i = k ( i b/ d)b/ d)式中式中: : v vh h 為霍爾電勢(shì)或電壓；為霍爾電勢(shì)或電壓；k k 為霍爾為霍爾( (靈敏度靈敏度) ) 系數(shù)系數(shù), ,v/atv/at。寧波大學(xué)信息學(xué)院 霍爾開關(guān)集成

42、傳感器是利用霍耳效應(yīng)與集成電路技霍爾開關(guān)集成傳感器是利用霍耳效應(yīng)與集成電路技術(shù)結(jié)合而制成的一種磁敏傳感器，它能感知一切與磁信術(shù)結(jié)合而制成的一種磁敏傳感器，它能感知一切與磁信息有關(guān)的物理量，并以息有關(guān)的物理量，并以開關(guān)信號(hào)形式輸出開關(guān)信號(hào)形式輸出?；舳_關(guān)集。霍耳開關(guān)集成傳感器具有使用壽命長(zhǎng)、無(wú)觸點(diǎn)磨損、無(wú)火花干擾、成傳感器具有使用壽命長(zhǎng)、無(wú)觸點(diǎn)磨損、無(wú)火花干擾、無(wú)轉(zhuǎn)換抖動(dòng)、工作頻率高、溫度特性好、能適應(yīng)惡劣環(huán)無(wú)轉(zhuǎn)換抖動(dòng)、工作頻率高、溫度特性好、能適應(yīng)惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。境等優(yōu)點(diǎn)。1 1、霍爾開關(guān)集成傳感器、霍爾開關(guān)集成傳感器寧波大學(xué)信息學(xué)院 由穩(wěn)壓電路、霍耳元件、放大器、整形電路、開路由穩(wěn)壓電路、

43、霍耳元件、放大器、整形電路、開路輸出五部分組成。輸出五部分組成。 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路可使傳感器在較寬的電源電可使傳感器在較寬的電源電壓范圍內(nèi)工作；壓范圍內(nèi)工作；開路輸出開路輸出可使傳感器方便地與各種邏輯可使傳感器方便地與各種邏輯電路接口。電路接口。 （1 1）霍耳開關(guān)集成傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理）霍耳開關(guān)集成傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理霍耳開關(guān)集成傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖霍耳開關(guān)集成傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖23輸出輸出+穩(wěn)壓穩(wěn)壓vcc1霍耳元件霍耳元件放大放大bt整形整形地地h寧波大學(xué)信息學(xué)院3020t輸出輸出voutr=2k+12v123（b）應(yīng)用電路）應(yīng)用電路 （a）外型）外型 霍耳開關(guān)集成傳感器的外型及應(yīng)用電

44、路霍耳開關(guān)集成傳感器的外型及應(yīng)用電路123寧波大學(xué)信息學(xué)院（2 2）霍耳開關(guān)集成傳感器的工作特性曲線）霍耳開關(guān)集成傳感器的工作特性曲線 從工作特性曲線上可以看出，從工作特性曲線上可以看出，工作特性有一定的磁滯工作特性有一定的磁滯bh，這對(duì)開關(guān)動(dòng)作的可靠性非常有利。這對(duì)開關(guān)動(dòng)作的可靠性非常有利。 圖中的圖中的bop為工作點(diǎn)為工作點(diǎn)“開開”的的磁感應(yīng)強(qiáng)度，磁感應(yīng)強(qiáng)度，brp為釋放點(diǎn)為釋放點(diǎn)“關(guān)關(guān)”的磁感應(yīng)強(qiáng)度。的磁感應(yīng)強(qiáng)度?；舳_關(guān)集成傳感器的技術(shù)參數(shù)：霍耳開關(guān)集成傳感器的技術(shù)參數(shù)： 工作電壓工作電壓 、磁感應(yīng)強(qiáng)度、輸出截止電、磁感應(yīng)強(qiáng)度、輸出截止電壓、壓、 輸出導(dǎo)通電流、工作溫度、工作點(diǎn)。輸出導(dǎo)

45、通電流、工作溫度、工作點(diǎn)?；舳_關(guān)集成傳感器的工作特性曲線vout/v12onoffbrpbopbhb0 該曲線反映了外加該曲線反映了外加磁場(chǎng)與傳感器輸出電平磁場(chǎng)與傳感器輸出電平的關(guān)系。當(dāng)外加磁感強(qiáng)的關(guān)系。當(dāng)外加磁感強(qiáng)度高于度高于bop時(shí)，輸出電時(shí)，輸出電平由高變低，傳感器處平由高變低，傳感器處于開狀態(tài)。當(dāng)外加磁感于開狀態(tài)。當(dāng)外加磁感強(qiáng)度低于強(qiáng)度低于brp時(shí)，輸出時(shí)，輸出電平由低變高，傳感器電平由低變高，傳感器處于關(guān)狀態(tài)。處于關(guān)狀態(tài)。 寧波大學(xué)信息學(xué)院(3)(3)霍耳開關(guān)集成傳感器的應(yīng)用霍耳開關(guān)集成傳感器的應(yīng)用 a.a.霍耳開關(guān)集成傳感器的接口電路霍耳開關(guān)集成傳感器的接口電路rlvacvccv

46、ccvac寧波大學(xué)信息學(xué)院vccvcckvcckvccvccvccmosvoutvcc霍耳開關(guān)集成傳感器的一般接口電路霍耳開關(guān)集成傳感器的一般接口電路rl寧波大學(xué)信息學(xué)院磁鐵軸心接近式磁鐵軸心接近式 在磁鐵的軸心方向垂直于傳感器并同傳感器軸心重合的條件下，在磁鐵的軸心方向垂直于傳感器并同傳感器軸心重合的條件下，霍耳開關(guān)集成傳感器的霍耳開關(guān)集成傳感器的l1-b關(guān)系曲線關(guān)系曲線nsa l n i c o 磁 鐵6.4320.100.080.060.040.0202.557.51012.515 17.520距離l1/mmb/tl1隨磁鐵與傳感器的間隨磁鐵與傳感器的間隔距離的增加隔距離的增加, ,作用

47、作用在傳感器表面的磁感在傳感器表面的磁感強(qiáng)度衰減很快。當(dāng)磁強(qiáng)度衰減很快。當(dāng)磁鐵向傳感器接近到一鐵向傳感器接近到一定位置時(shí)定位置時(shí), ,傳感器開傳感器開關(guān)接通關(guān)接通, ,而磁鐵移開而磁鐵移開到一定距離時(shí)開關(guān)關(guān)到一定距離時(shí)開關(guān)關(guān)斷。應(yīng)用時(shí)斷。應(yīng)用時(shí), ,如果磁如果磁鐵已選定鐵已選定, ,則應(yīng)按具則應(yīng)按具體的應(yīng)用場(chǎng)合體的應(yīng)用場(chǎng)合, ,對(duì)作對(duì)作用距離作合適的選擇。用距離作合適的選擇。 （4 4）給傳感器施加磁場(chǎng)的方式）給傳感器施加磁場(chǎng)的方式寧波大學(xué)信息學(xué)院 磁鐵側(cè)向滑近式磁鐵側(cè)向滑近式 要求磁鐵平面與傳感器平面的距離不要求磁鐵平面與傳感器平面的距離不變，而磁鐵的軸線與傳感器的平面垂直。磁鐵以變，而磁鐵

48、的軸線與傳感器的平面垂直。磁鐵以滑近移動(dòng)滑近移動(dòng)的的方式在傳感器前方通過(guò)。方式在傳感器前方通過(guò)。霍耳開關(guān)集成傳感器的霍耳開關(guān)集成傳感器的l2-b關(guān)系曲線關(guān)系曲線0.100.080.060.040.0202.557.51012.51517.520b/tns空隙空隙2.05alnico 磁鐵磁鐵6.432l2距離距離l2/mm寧波大學(xué)信息學(xué)院寧波大學(xué)信息學(xué)院（1 1）霍爾線性集成傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理）霍爾線性集成傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理 霍爾線性集成傳感器的輸出電壓與外加磁場(chǎng)成線性比例關(guān)系霍爾線性集成傳感器的輸出電壓與外加磁場(chǎng)成線性比例關(guān)系。這類。這類傳感器一般由傳感器一般由霍耳元件霍耳元件和和放

49、大器放大器組成，當(dāng)外加磁場(chǎng)時(shí)組成，當(dāng)外加磁場(chǎng)時(shí), ,霍耳元件產(chǎn)生與霍耳元件產(chǎn)生與磁場(chǎng)成線性比例變化的霍耳電壓磁場(chǎng)成線性比例變化的霍耳電壓, ,經(jīng)放大器放大后輸出。經(jīng)放大器放大后輸出。 在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，為了提高傳感器的性能，往往在電路中設(shè)置在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，為了提高傳感器的性能，往往在電路中設(shè)置穩(wěn)壓、電流放大輸出級(jí)、失調(diào)調(diào)整和線性度調(diào)整等電路?；舳_關(guān)集成穩(wěn)壓、電流放大輸出級(jí)、失調(diào)調(diào)整和線性度調(diào)整等電路?；舳_關(guān)集成傳感器的輸出有低電平或高電平兩種狀態(tài)，而霍耳線性集成傳感器的輸傳感器的輸出有低電平或高電平兩種狀態(tài)，而霍耳線性集成傳感器的輸出卻是對(duì)外加磁場(chǎng)的線性感應(yīng)。出卻是對(duì)外加磁場(chǎng)的線性感應(yīng)。

50、 霍耳線性集成傳感器廣泛用于霍耳線性集成傳感器廣泛用于位置位置、力力、重量重量、厚度厚度、速度速度、磁場(chǎng)磁場(chǎng)、電流電流等的測(cè)量或控制。等的測(cè)量或控制。 霍耳線性集成傳感器有霍耳線性集成傳感器有單端輸出單端輸出和和雙端輸出雙端輸出兩種，其電路結(jié)構(gòu)如下兩種，其電路結(jié)構(gòu)如下圖。圖。2 2、霍爾線性集成傳感器、霍爾線性集成傳感器寧波大學(xué)信息學(xué)院?jiǎn)味溯敵鰝鞲衅鞯碾娐方Y(jié)構(gòu)框圖單端輸出傳感器的電路結(jié)構(gòu)框圖23輸出+穩(wěn)壓vcc1霍耳元件放大地h穩(wěn)壓h3vcc地4輸出輸出18675 雙端輸出傳感器的電路結(jié)構(gòu)框圖雙端輸出傳感器的電路結(jié)構(gòu)框圖 單端輸出的傳感單端輸出的傳感器是一個(gè)三端器件，器是一個(gè)三端器件，它的輸出電壓對(duì)外加它的輸出電壓對(duì)外加磁場(chǎng)的微小變化能做磁場(chǎng)的微小變化能做出線性響應(yīng)，通常將出線性響應(yīng)，通常將輸