【文章內容簡介】 電壓時，CMOS型放大器處于關閉狀態(tài)，即，CMOS型放大器的P型襯底受光信號照射產生并積蓄光生電荷，當積蓄過程結束，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換為電信號的輸出。5. CCD彩色圖像傳感器在數碼相機中起什么作用？數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轉換器轉換為數字信號，經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。數碼相機存儲卡上存儲的是經ASIC集成電路壓縮后的外界景物的數字信號。 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。習題61. 什么是霍爾效應？霍爾電壓與哪些因素有關？答：在置于磁場中的導體或半導體內通入電流，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一個電勢差，這種現象稱為霍爾效應。利用霍爾效應制成的元件稱為霍爾傳感器。1）霍爾電壓UH大小與材料的性質有關。2）霍爾電壓UH與元件的尺寸關系很大，生產元件時要考慮到：3）霍爾電壓UH與控制電流及磁場強度有關。2. 霍爾器件由什么材料構成？為什么用這些材料？答：由霍爾電壓公式 設 ，得 式中，RH為霍爾系數，反映材料霍爾效應的強弱；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強度時產生的霍爾電壓的大小。一般來說，金屬材料電子濃度n較大，導致和變小，故不宜做霍爾元件?；魻栐话悴捎肗型半導體材料。3. 霍爾器件有哪些指標？使用時應注意什么？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。霍爾電壓UH，要符合測量要求?；魻栯妷旱臏囟忍匦裕⒁庀郎囟仍斐傻臏y量誤差。4. 什么是磁阻效應，產生的原因是什么？答：當霍爾元件受到與電流方向垂直的磁場作用時，會出現半導體電阻率增大的現象，這種現象稱為磁阻效應。利用磁阻效應做成的電路元件，叫做磁阻元件。產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，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+型結構的二極管。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)而產生電流，只有很少部分載流子在r區(qū)復合。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)的復合速率大，載流子數量減少，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，均偏離復合區(qū)r，結果與加正向磁場時的情況恰好相反，載流子數量增加，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、頻率響應好、動態(tài)范圍廣及噪聲小等特點，可廣泛應用于無觸點開關、壓力開關、旋轉編碼器、角度傳感器、轉速傳感器等場合。磁敏二極管、磁敏晶體管可以將磁信息轉換成電信號，具有體積小、靈敏度高、響應快、無觸點、輸出功率大及性能穩(wěn)定等特點。它可廣泛應用于磁場的檢測、磁力探傷、轉速測量、位移測量、電流測量、無觸點開關、無刷直流電機等許多領域。7. 分析圖616所示霍爾計數裝置的工作原理。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，輸入到計數器進行計數。 8. 霍爾元器件在地磁場中會產生霍爾電壓，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旋轉到不同的方位，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系數。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. 簡單敘述磁卡結構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、服務范圍、貨幣類型、可用金額指數、允許輸錯次數、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磁條上磁性（磁阻）的變化來讀取數據，相當靈敏，準確度很高。閱讀器讀取的數據送入ATM機專用計算機。專用計算機通過網絡交換中心與發(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期應用所要求輸入的數據。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、轉軸、滑動臂、焊片等組成，用機械運動調節(jié)電位器的轉軸，將機械位移或其它能轉換為位移的非電量，轉換為與其有一定函數關系的電阻值的變化，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，并討論數量關系。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，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,從而實現高靈敏的位移測量。 3. 簡單分析磁電式轉速傳感器工作原理。答：磁電式轉速傳感器由永久磁鐵、感應線圈、磁盤等組成。在磁盤上加工有齒形凸起，磁盤裝在被測轉軸上，與轉軸一起旋轉。當轉軸旋轉時，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。磁路通過感應線圈，當磁通量發(fā)生突變時，感應線圈會感應出一定幅度的脈沖電勢，其頻率為 f=Zn 式中：Z——磁輪的齒數； n——磁輪的轉數。測出脈沖頻率，即可得知被測物體的轉速。如果磁電式轉速傳感器配接上數字電路，便可組成數字式轉速測量儀，可直接讀出被測物體的轉速。4. 導電式液位傳感器可以在哪些工程和設備中獲得應用？答：導電式液位傳感器在日常工作和生活中應用很廣泛，在抽水及儲水設備、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？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。此現象是由多普勒發(fā)現的，所以稱為多普勒效應。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基極低電平導通，集電極高電平加到晶體管VT4基極，VT4導通，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)開關打開，給水箱加水。中水位時，VT3基極得電壓導通，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基極得電壓導通，集電極高電平加到晶體管VT4基極，VT4導通，繼電器得電吸合，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)開關再次觸發(fā)關閉，停止給水箱加水。到下一次低水位時重復以上加水過程。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管的內徑，因此沒有妨礙流體流動的障礙，壓力損失極小；3) 能夠得到與容積流量成正比的輸出信號。4) 測量結果不受流體粘度的影響；5) 由于電動勢是包含電機的導管的斷面處作為平均流速測得的，因此受流速分布影響較??；6) 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，必須使管道內充滿液體。最好是把管道垂直設置，讓被測液體從上至下流動。4) 測定電導率較小的液體時，由于兩電極間的內部阻抗比較高，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用于自來水、工業(yè)用水、農業(yè)用水、海水、污水、污泥、化學藥品、食品、礦漿等流量的檢測。8. 什么是熱釋電效應？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，則在電路上應作哪些改動？ 答：當一些晶體受熱時，在晶體兩端將會產生數量相等而符號相反的電荷，這種由于熱變化產生的電極化現象，稱為熱釋電效應。能產生熱釋電效應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等設備中。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，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。常見的接近傳感器有電容式、渦流式、霍爾效應式、光電式、熱釋電式、多普勒式、電磁感應式、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電性的，自來水是導電性的，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