【文章內(nèi)容簡介】 電壓時，CMOS型放大器處于關(guān)閉狀態(tài)，即，CMOS型放大器的P型襯底受光信號照射產(chǎn)生并積蓄光生電荷，當積蓄過程結(jié)束，柵源之間加上開啟電壓時，源極通過漏極負載電阻對外接電容充電形成電流即為光信號轉(zhuǎn)換為電信號的輸出。5. CCD彩色圖像傳感器在數(shù)碼相機中起什么作用？數(shù)碼相機存儲卡上存儲的是什么信號？答：變化的外界景物通過鏡頭照射到CCD彩色圖像傳感器上，當感覺滿意的圖像出現(xiàn)時，可由取景器電路發(fā)出信號鎖定，再由CCD彩色圖像傳感器轉(zhuǎn)換為串行模擬脈沖信號輸出。該串行模擬脈沖信號由放大器放大，再由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)ASIC集成電路壓縮后，存儲在PCMCIA卡（個人電腦存儲卡國際接口標準）上。數(shù)碼相機存儲卡上存儲的是經(jīng)ASIC集成電路壓縮后的外界景物的數(shù)字信號。 6. 平板電腦和手機的攝像頭為什么一般都采用CMOS彩色圖像傳感器？CMOS圖像傳感器采用什么方法提高低光照環(huán)境下的清晰度？答：CMOS針對CCD最主要的優(yōu)勢就是非常省電。CMOS的耗電量只有普通CCD的1/3左右。平板電腦和手機要延長電池充電后的使用時間，必須要盡可能省電。所以其攝像頭一般都采用CMOS彩色圖像傳感器。新型背照式CMOS是將傳統(tǒng)CMOS表面的電子電路布線層移到感光面的背部，使感光面前移接近微型透鏡，能獲得約兩倍于傳統(tǒng)正照式CMOS的光通量，從而使CMOS傳感器可在低光照環(huán)境下、夜視環(huán)境下使用，低光照對焦能力也大大提高。習(xí)題61. 什么是霍爾效應(yīng)？霍爾電壓與哪些因素有關(guān)？答：在置于磁場中的導(dǎo)體或半導(dǎo)體內(nèi)通入電流，若電流與磁場垂直，則在與磁場和電流都垂直的方向上會出現(xiàn)一個電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。利用霍爾效應(yīng)制成的元件稱為霍爾傳感器。1）霍爾電壓UH大小與材料的性質(zhì)有關(guān)。2）霍爾電壓UH與元件的尺寸關(guān)系很大，生產(chǎn)元件時要考慮到：3）霍爾電壓UH與控制電流及磁場強度有關(guān)。2. 霍爾器件由什么材料構(gòu)成？為什么用這些材料？答：由霍爾電壓公式 設(shè) ，得 式中，RH為霍爾系數(shù)，反映材料霍爾效應(yīng)的強弱；KH為霍爾靈敏度，表示一個霍爾元件在單位控制電流和單位磁感應(yīng)強度時產(chǎn)生的霍爾電壓的大小。一般來說，金屬材料電子濃度n較大，導(dǎo)致和變小，故不宜做霍爾元件。霍爾元件一般采用N型半導(dǎo)體材料。3. 霍爾器件有哪些指標？使用時應(yīng)注意什么？答： 輸入電阻RIN和輸出電阻ROUT，要與電路匹配。額定控制電流IC，不能超過。不等位電勢U0，要注意消除測量誤差?；魻栯妷篣H，要符合測量要求?；魻栯妷旱臏囟忍匦?，注意消除溫度造成的測量誤差。4. 什么是磁阻效應(yīng)，產(chǎn)生的原因是什么？答：當霍爾元件受到與電流方向垂直的磁場作用時，會出現(xiàn)半導(dǎo)體電阻率增大的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為磁阻效應(yīng)。利用磁阻效應(yīng)做成的電路元件，叫做磁阻元件。產(chǎn)生的原因是當磁場垂直作用在磁阻元件表面上時，由于霍爾效應(yīng)，使得電流密度矢量偏移電場方向某個霍爾角θ，這使電流流通的途徑變長，導(dǎo)致磁阻元件兩端金屬電極間的電阻值增大。5. 闡述磁敏二極管的工作原理。答：磁敏二極管是平面P+iN+型結(jié)構(gòu)的二極管。在電路連接時，P+區(qū)接正電壓，N+區(qū)接負電壓， P+區(qū)向i區(qū)注入空穴，N+區(qū)向i 區(qū)注入電子。在沒有外加磁場情況下，大部分的空穴和電子分別流入N區(qū)和P 區(qū)而產(chǎn)生電流，只有很少部分載流子在r區(qū)復(fù)合。若給磁敏二極管上加一個正向磁場，空穴和電子受洛侖茲力的作用偏向r區(qū)，由于空穴和電子在r區(qū)的復(fù)合速率大，載流子數(shù)量減少，使i區(qū)的電阻增大，壓降也增大，正向電流減小。若給磁敏二極管上加一個反向磁場，載流子在洛侖磁力的作用力下，均偏離復(fù)合區(qū)r，結(jié)果與加正向磁場時的情況恰好相反，載流子數(shù)量增加，正向電流增大，電阻減小。6. 新型的磁傳感器有哪些？工作原理如何？答：磁阻元件將磁信息轉(zhuǎn)換成電阻變化，具有阻抗低、阻值隨磁場變化率大、非接觸式測量、頻率響應(yīng)好、動態(tài)范圍廣及噪聲小等特點，可廣泛應(yīng)用于無觸點開關(guān)、壓力開關(guān)、旋轉(zhuǎn)編碼器、角度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器等場合。磁敏二極管、磁敏晶體管可以將磁信息轉(zhuǎn)換成電信號，具有體積小、靈敏度高、響應(yīng)快、無觸點、輸出功率大及性能穩(wěn)定等特點。它可廣泛應(yīng)用于磁場的檢測、磁力探傷、轉(zhuǎn)速測量、位移測量、電流測量、無觸點開關(guān)、無刷直流電機等許多領(lǐng)域。7. 分析圖616所示霍爾計數(shù)裝置的工作原理。答：鋼球為鐵磁性材料，鋼球到達，磁場增強，霍爾開關(guān)集成傳感器UGN3020在增強磁場的作用下，輸出霍爾電壓增大為高電平，加在運算放大器的反向輸入端，輸出為低電平，晶體管截止，集電極輸出高電平。鋼球離開，磁場減弱，霍爾開關(guān)集成傳感器在減弱磁場的作用下，輸出霍爾電壓減小為低電平，加在運算放大器的反向輸入端，輸出為高電平，晶體管導(dǎo)通，集電極輸出低電平。高、低電平變化為一個脈沖信號，輸入到計數(shù)器進行計數(shù)。 8. 霍爾元器件在地磁場中會產(chǎn)生霍爾電壓，其大小正比于霍爾元器件正面法線與磁子午線所成角度的余弦值，連接指示儀表后可做成航海羅盤。試畫出航海羅盤的組成框圖，解釋羅盤的使用方法。答：霍爾元件在地磁場內(nèi)旋轉(zhuǎn)到不同的方位，可以得到霍爾電壓輸出為 UH=KHIBcosθf(L/W) 式中：KH為霍爾靈敏度，I為輸入霍爾元件電流值，B為地磁場的水平分量，θ為霍爾元件正面法線與地磁子午線的夾角，f(L/W)為霍爾元件形狀效應(yīng)系數(shù)。航海羅盤的組成框圖如下：將霍爾線性集成傳感器SL3501的霍爾電壓輸出同指示儀表相連，就可以從儀表上讀出方位角來。9. 簡單敘述磁卡結(jié)構(gòu)和磁卡閱讀器的工作過程。為什么說磁卡是識別卡？答：磁條貼在磁卡的背面，磁條中有3條編碼磁道，磁道之間有間隔。離磁卡邊最近的是1磁道。各磁道的編碼信息有主帳號、國家、持卡人姓名、失效日期、服務(wù)范圍、貨幣類型、可用金額指數(shù)、允許輸錯次數(shù)、校驗碼等。刷卡速度為10～120cm／s，在刷卡的過程中，閱讀器通過電感線圈感應(yīng)磁條上磁性（磁阻）的變化來讀取數(shù)據(jù)，相當靈敏，準確度很高。閱讀器讀取的數(shù)據(jù)送入ATM機專用計算機。專用計算機通過網(wǎng)絡(luò)交換中心與發(fā)卡銀行主機聯(lián)系，檢查帳號的合法性，通過專用計算機接口驅(qū)動點鈔機、打印機進行點鈔輸出和打印輸出。所謂識別卡，是指一種標識其持卡人和發(fā)行者的卡，卡上載有進行該卡預(yù)期應(yīng)用所要求輸入的數(shù)據(jù)。磁卡就是這種識別卡，卡上并沒有用戶所具有的資源信息，資源信息保存在發(fā)卡單位主機中。習(xí)題71. 用作位移測量的電位器傳感器的主要作用有哪些？答：用作位移測量的電位器傳感器由電阻體、電刷、轉(zhuǎn)軸、滑動臂、焊片等組成，用機械運動調(diào)節(jié)電位器的轉(zhuǎn)軸，將機械位移或其它能轉(zhuǎn)換為位移的非電量，轉(zhuǎn)換為與其有一定函數(shù)關(guān)系的電阻值的變化，從而引起電路中輸出電壓的變化。2. 畫圖分析光柵位移傳感器莫爾條紋放大作用原理，并討論數(shù)量關(guān)系。答：莫爾條紋是光柵非重合部分光線透過而形成的亮帶，當指示光柵不動，主光柵左右平移時，莫爾條紋將沿著指示柵線的方向上下 移動，查看莫爾條紋的上下移動方向，即可確定主光柵左右移動方向。莫爾條紋有位移的放大作用。當主光柵沿與刻線垂直方向移動一個柵距W時，莫爾條紋移動一個條紋間距B。當兩個等距光柵的柵間夾角θ較小時，主光柵移動一個柵距W，莫爾條紋移動KW距離，K為莫爾條紋的放大系數(shù)，可由下式確定，即 當θ角較小時，例如θ=30′，用弧度表示為1／115，則K=115，表明莫爾條紋的放大倍數(shù)相當大。這樣，就可把肉眼看不見的光柵位移變成為清晰可見的莫爾條紋移動，可以用測量條紋的移動來檢測光柵的位移,從而實現(xiàn)高靈敏的位移測量。 3. 簡單分析磁電式轉(zhuǎn)速傳感器工作原理。答：磁電式轉(zhuǎn)速傳感器由永久磁鐵、感應(yīng)線圈、磁盤等組成。在磁盤上加工有齒形凸起，磁盤裝在被測轉(zhuǎn)軸上，與轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)。當轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，磁盤的凸凹齒形將引起磁盤與永久磁鐵間氣隙大小變化，從而使永久磁鐵組成的磁路中磁通量隨之發(fā)生變化。磁路通過感應(yīng)線圈，當磁通量發(fā)生突變時，感應(yīng)線圈會感應(yīng)出一定幅度的脈沖電勢，其頻率為 f=Zn 式中：Z——磁輪的齒數(shù)； n——磁輪的轉(zhuǎn)數(shù)。測出脈沖頻率，即可得知被測物體的轉(zhuǎn)速。如果磁電式轉(zhuǎn)速傳感器配接上數(shù)字電路，便可組成數(shù)字式轉(zhuǎn)速測量儀，可直接讀出被測物體的轉(zhuǎn)速。4. 導(dǎo)電式液位傳感器可以在哪些工程和設(shè)備中獲得應(yīng)用？答：導(dǎo)電式液位傳感器在日常工作和生活中應(yīng)用很廣泛，在抽水及儲水設(shè)備、工業(yè)水箱、汽車水箱等方面均被采用。5. 什么是多普勒效應(yīng)？舉例說明其原理和用途。答：假若發(fā)射機與接收機之間的距離發(fā)生變化，則接收機收到信號的頻率與發(fā)射機發(fā)射信號的頻率就不同。發(fā)射機與接收機之間的距離增大，接收機收到信號的頻率變低；發(fā)射機與接收機之間的距離減小，接收機收到信號的頻率變高。此現(xiàn)象是由多普勒發(fā)現(xiàn)的，所以稱為多普勒效應(yīng)。高速公路測速雷達；地面雷達測量飛機的速度和方向；液體流量計等等。6. 試設(shè)計一個多電極、多水位的水位控制系統(tǒng)。答：如圖低水位時，VT3基極無電壓，處于截止狀態(tài)，VT2基極低電平導(dǎo)通，集電極高電平加到晶體管VT4基極，VT4導(dǎo)通，繼電器得電吸合，繼電器接點接單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)開關(guān)打開，給水箱加水。中水位時，VT3基極得電壓導(dǎo)通，VT2基極高電平截止，集電極低電平加到晶體管VT4基極，VT4截止，繼電器無電釋放。由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路未獲得新觸發(fā)信號，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)開關(guān)維持打開狀態(tài)，繼續(xù)給水箱加水。高水位時，VT1基極得電壓導(dǎo)通，集電極高電平加到晶體管VT4基極，VT4導(dǎo)通，繼電器得電吸合，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)開關(guān)再次觸發(fā)關(guān)閉，停止給水箱加水。到下一次低水位時重復(fù)以上加水過程。7. 電磁式流量計有哪些優(yōu)點？使用時要注意哪些事項？答：1) 沒有機械可動部分，安裝使用簡單可靠。2) 電極的距離正好為導(dǎo)管的內(nèi)徑，因此沒有妨礙流體流動的障礙，壓力損失極??；3) 能夠得到與容積流量成正比的輸出信號。4) 測量結(jié)果不受流體粘度的影響；5) 由于電動勢是包含電機的導(dǎo)管的斷面處作為平均流速測得的，因此受流速分布影響較?。?) 測量范圍寬，～190000m3/h；7) 測量的精度高，可達177。%。使用電磁式流量傳感器時應(yīng)注意以下幾點：1) 由于管道是絕緣體，電流在流體中流動很容易受雜波的干擾，因此必須在安裝流量傳感器的管道兩端設(shè)置接地環(huán)接地。2) 雖然流速的分布對精度的影響不大，但為了消除這種影響，應(yīng)保證液體流動管道有足夠的直線長度。3) 使用電磁式流量計時，必須使管道內(nèi)充滿液體。最好是把管道垂直設(shè)置，讓被測液體從上至下流動。4) 測定電導(dǎo)率較小的液體時，由于兩電極間的內(nèi)部阻抗比較高，故所接信號放大器要有100MΩ左右的輸入阻抗。為保證傳感器正常的工作，液體的速率必須保證在5cm/s以上。電磁式流量計可以廣泛應(yīng)用于自來水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水、海水、污水、污泥、化學(xué)藥品、食品、礦漿等流量的檢測。8. 什么是熱釋電效應(yīng)？熱釋電紅外報警器是如何工作的？若將該報警器改為自動門開關(guān)，則在電路上應(yīng)作哪些改動？ 答：當一些晶體受熱時，在晶體兩端將會產(chǎn)生數(shù)量相等而符號相反的電荷，這種由于熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象，稱為熱釋電效應(yīng)。能產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)的晶體稱為熱釋電體，又稱熱釋電元件。熱釋電紅外報警器是用熱釋電元件的熱釋電效應(yīng)探測人體發(fā)出的紅外線的一種傳感器。它用于防盜、報警、來客告之及非接觸開關(guān)等設(shè)備中。人向熱釋電傳感器TTS—2120前移動時，人體所釋放出的紅外線被熱釋電傳感器接收，產(chǎn)生脈動電壓信號。該電壓信號通過電容器C1耦合輸入由運算放大器IC1TL082構(gòu)成的低噪聲、高增益放大器放大。放大后的信號點亮發(fā)光二極管和驅(qū)動電表指示，也可以觸發(fā)蜂鳴器或語音集成電路，告知有人員接近。若將該報警器改為自動門開關(guān)，則在電路上將TL082輸出信號放大后去接通繼電器，從而接通自動門電源把門打開，如圖所示。9. 接近傳感器有哪幾種類型？各種類型接近傳感器的工作原理有什么不同？哪一種接近傳感器工作最穩(wěn)定可靠？答：接近傳感器是一種具有感知物體接近能力的器件，又稱為接近開關(guān)。常見的接近傳感器有電容式、渦流式、霍爾效應(yīng)式、光電式、熱釋電式、多普勒式、電磁感應(yīng)式、微波式、超聲波式等類型。 各種類型的工作原理都是取自各自的傳感特性，例如，電容式是一個以電容的一個電極為檢測端的靜電電容接近傳感器，人體接近，電容值變化，其組成的振蕩電路振蕩頻率變化，從而獲得人體接近的信號。電磁感應(yīng)式的敏感元件是電感線圈，人體接近，電感組成的振蕩電路的振蕩頻率變化或停振，從而檢測出人體接近信號。熱釋電式接近傳感器是用熱釋電元件的熱釋電效應(yīng)探測人體接近時發(fā)出的紅外線。熱釋電式接近傳感器工作最穩(wěn)定可靠。10. 可否用電磁式流量計測量自來水的流量？如何用電磁式流量計測量自來水的流量？電磁式流量計有哪些優(yōu)點？答：電磁式流量計使用條件是所測流體是導(dǎo)電性的，自來水是導(dǎo)電性的，所以可以用電磁式流量計測量。將電磁式流量計串接在自來水管道中，通過對電