第六章 半导体传感器1.ppt

第六章 半导体传感器 6.1半导体管传感器 一、热敏二极管 二、热敏三极管 2．热敏三极管测温电路 6.1.3　气敏管 一、MOS二极管气敏器件 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 6.2.2 集成温度传感器 三、其它集成传感器 休 息 一 下 1、 集成湿度传感器 电容集成湿度传感器，水蒸气改变介质的介电常数，使电容量发生变化，最后转化成直流电压的输出。 2、集成压力传感器 可测量差压，表压，绝对压力，输出电信号是压力。 3、集成加速度传感器 * * 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 6.1.1 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。 磁敏传感器 磁场 电能 一、磁敏二极管 1、结构 I 区：高阻本征区 P、N：重掺杂区 P-I-N结 I 区两侧处理： 光滑：I 面 打毛：复合面（ r 面） 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 （1）灵敏度 外加磁感应强度 B 为 0.1T 时，输出端电压增量 与电流增量的比值。 （2）电压输出特性 -0.1 0.1 0.2 0.3 0.4 2.0 1.5 1.0 0.5 0 -0.5 -1.0 （3）温度特性 -40 -20 0 20 40 60 1.5 1.0 0.5 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 1 3 5 7 9 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 1、结构 2、工作原理 复合基区 输 运 基 区 复合基区 输 运 基 区 复合基区 输 运 基 区 复合基区 输 运 基 区 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 显示 仪表 激励线圈 放大器 铁芯 钢棒 磁敏二极 管探头 显示 仪表 激励线圈 放大器 铁芯 钢棒 裂纹 磁敏二极 管探头 钢棒：转动、磁化 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 热电传感器 热能 电能 测量：温度、与温度有关的参量 —— 热电偶 温度 电势 电阻 金属 半导体 热电阻 热敏电阻 —— PN结型温度传感器 6.1.2热敏管 6.1.2 热敏管 半导体器件的某些性能参数与温度的关系 检测原理： 热敏二极管、热敏三极管、集成温度传感器 1．PN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10～50μA），通常在0～250°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；