长江大学感测技术PPT第六章 半导体传感器

2020/1/301第六章半导体传感器电子信息学院杨友平2020/1/3026.1半导体管传感器6.1.1磁敏二极管和磁敏三极管图6-1-1磁敏二极管结构示意图2020/1/303图6-1-2磁敏二极管工作原理示意图工作原理:当磁敏二极管受到外界磁场H+(正向磁场)作用时，形成的电流减小。当磁敏二极管受到外界磁场H-(反向磁场)作用时，形成的电流变大。磁敏二极管反向偏置时，仅流过很微小电流，几乎与磁场无关。2020/1/304图6-1-3磁敏二极管磁电特性单只使用时，正向磁灵敏度大于反向，互补使用时，正、反向磁灵敏度曲线对称，且在弱磁场下有较好的线性。2020/1/305图6-1-4SMD的伏安特性曲线2020/1/306图6-1-5温度补偿电路2020/1/307图6-1-6磁敏三极管的结构与符号2020/1/308图6-1-7磁敏三极管工作原理工作原理:当受到正向磁场(H+)作用时，集电极电流下降，当受到反向磁场(H-)作用时，集电极电流增大，磁敏三极管与磁敏二极管相比，灵敏度更高。2020/1/309图6-1-83BCM的磁电特性2020/1/3010图6-1-9磁敏三极管的伏安特性曲线磁敏三极管的电流放大系数小于1且具有磁灵敏度。2020/1/3011图6-1-10磁敏三极管的温度补偿电路磁敏管的应用――是一种很有发展前途的新型磁敏器件，有着广泛的应用前景。2020/1/30126.1.2热敏管一、热敏二极管1．PN结的温度特性1）正向电压U与正向电流ID的关系式中，，IS——反向饱和电流(1)qUqUkTkTDSSIIeIe/0.0862/kqmVK273.2Tt2)正向电压与温度关系――若ID恒定（一般取10～50µA），则通常在0～250°温度范围内PN结正向电压随温度的增加而线性减少。式中C=2mV/K或2mV/℃00lngogoDkTBUUUCTUCtqI2020/1/3013RP1用于调零，RP2用于调满度。为了提高灵敏度，可采用多个PN结串联。2、热敏二极管测温电路2020/1/3014二、热敏三极管图6-1-11温敏晶体管测温电路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。2．热敏三极管测温电路图6-1-11通常将晶体管的基极与集电极短接或使二者等电位。2020/1/30156.1.3气敏管图6-1-12MOS二极管结构和等效电路当吸附了H2以后，MOS气敏二极管的C-V特性向负偏压方向平移。根据这一特性就可用于测定H2的浓度。2020/1/3016图6-1-13Pd-MOSFET和普通MOSFET结构(a)普通MOSFET(b)Pd-MOSFET利用H2在钯栅极上吸附后引起阀值电压VT下降这一特性来检测H2浓度。6.1.4湿敏管一、湿敏二极管随着相对湿度的增加，反向电流减小。二、湿敏MOS场效应管输出电压-相对湿度特性曲线，它几乎呈一条直线。2020/1/30176.2半导体集成传感器6.2.1集成霍尔传感器图6-2-1霍尔开关集成电路原理线路图6.2.1集成霍尔传感器一、开关型集成霍尔传感器1、电路原理图6-2-1H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。2020/1/3018图6-2-2输出电平Uo与B的关系2、输出特性霍尔开关正常工作时，常态应处“截止状态”。2020/1/3019图6-2-3线性集成霍尔传感器典型电路二、线性集成霍尔传感器V1、V2组成第一级差分放大，V3～V6组成第二级差分放大，射极电阻R8外接，用于调整电路增益。2020/1/30206.2.2集成温度传感器图6-2-4电流型集成温度传感器核心电路200011122lnbeIIUkTAICTICtRRqA一、电流型集成温度传感器一般为1µA／K或1µA/℃，为273.2µA常用型号：LM134、AD590、AD592、TMP17等2020/1/3021图6-2-5电压型集成温度传感器核心电路2202111lnbevURkTAURCTRRqA二、电压型集成温度传感器一般为0或500mV。一般为20mV/℃或10mV/℃。常用型号：TMP35、TMP36、TMP37、LM50等2020/1/3022三、数字集成温度传感器1、模数转换式：AD7418和LM742、脉冲计数式：DS1820等6.2.3湿度、压力、加速度集成传感器一、集成湿度传感器1、在25°C时，输出直流电压U0与相对湿度H0成线性关系：2、在°C时，按上式从输出电压U0计算出相对湿度H0，按下式计算出实际的相对湿度H00(0.00620.16)UEH0/(1.05460.00128)HHt25t二、集成压力传感器――集固态压阻式应变电桥、温度补偿、校准和信号调理于一芯片。2020/1/3023三、集成加速度传感器1、组成：由电容式加速度传感器、振荡器、解调器及放大器、基准电源等组成2、输出特性：当加速度为正方向时，输出为正电压；当加速度为反方向时，输出为负电压。输出电压的幅值，正比于加速度的大小。