【文章內容簡介】 感器，被測信號量的微小變化也將轉換成電信號。 有些傳感器既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學類。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎運作的?；瘜W傳感器技術問題較多，例如可靠性問題，規(guī)模生產(chǎn)的可能性，價格問題等，解決了這類難題，化學傳感器的應用將會有巨大增長。 常見傳感器的應用領域和工作原理列于表 。 按照其用途，傳感器可分類為： 壓力敏和力敏傳感器 位置傳感器 液面?zhèn)鞲衅? 能耗傳感器 速度傳感器 熱敏傳感器 加速度傳感器 射線輻射傳感器 振動傳感器 濕敏傳感器 磁敏傳感器 氣敏傳感器 真空度傳感器 生物傳感器等。 以其輸出信號為標準可將傳感器分為： 模擬傳感器 —— 將被測量的非電學量轉換成模擬電信號。 數(shù)字傳感器 —— 將被測量的非電學量轉換成數(shù)字輸出信號 (包括直接和間接轉換 )。 膺數(shù)字傳感器 —— 將被測量的信號量轉換成頻率信號或短周期信號的輸出(包括直接或間接轉換 )。 開關傳感器 —— 當一個被測量的信號達到某個特定的閾值時，傳感器相應地輸出一個設定的低電平或高電平信號。 在外界因素的作用下，所有材料都會作出相應的、具有特征性的反 應。它們中的那些對外界作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被 用來制作傳感器的敏感元件。從所應用的材料觀點出發(fā)可將傳感器分成下列幾類： (1)按照其所用材料的類別分 金屬 聚合物 陶瓷 混合物 (2)按材料的物理性質分 導體 絕緣體 半導體 磁性材料 (3)按材料的晶體結構分 單晶 多晶 非晶材料 與采用新材料緊密相關的傳感器開發(fā)工作，可以歸納為下述三個方向： (1)在已知的材料中探索新的現(xiàn)象、效應和反應，然后使它們能在傳感器技術中得到實際使用。 (2)探索新的材料，應用那些已知的現(xiàn)象、效應和反應來改進傳感器技術。(3)在研究新型材料的基礎上探索新現(xiàn)象、新效應和反應，并在傳感器技術中加以具體實施。 現(xiàn)代傳感器制造業(yè)的進展取決于用于傳感器技術的新材料和敏感元件的開發(fā)強度。傳感器開發(fā)的基本趨勢是和半導體以及介質材料的應用密切關聯(lián)的。表 中給出了一些可用于傳感器技術的、能夠轉換能量形式的材料。 按照其制造工藝，可以將傳感器區(qū)分為： 集成傳感器 薄膜傳感器 厚膜傳感器 陶瓷傳感器 集成傳感器是用標準的生產(chǎn)硅基半導體集成電路的工藝技術制造的。通 常還將用于初步處理被測信號的部分電路也集成在同一芯片上。 薄膜傳感器則是通過沉積在介質襯底 (基板 )上的，相應敏感材料的薄膜形成的。使用混合工藝時，同樣可將部分電路制造在此基板上。 厚膜傳感器是利用相應材料的漿料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是 Al2O3 制成的，然后進行熱處理，使厚膜成形。 陶瓷傳感器采用標準的陶瓷工藝或其某種變種工藝 (溶膠 凝膠等 )生產(chǎn)。 完成適當?shù)念A備性操作之后，已成形的元件在高溫中進行燒結。厚膜和陶瓷傳感器這二種工藝之間有許多共同特性，在某些方面，可以認為厚膜工藝是陶瓷 工藝的一種變型。 每種工藝技術都有自己的優(yōu)點和不足。由于研究、開發(fā)和生產(chǎn)所需的資本投入較低，以及傳感器參數(shù)的高穩(wěn)定性等原因，采用陶瓷和厚膜傳感器比較合理。 壓電傳感器 壓電傳感器是利用某些電介質受力后產(chǎn)生的 壓電效應 制成的傳感器。所謂壓電效應是指某些電介質在受到某一方向的外力作用而發(fā)生形變（包括彎曲和伸縮形變）時，由于內部電荷的極化現(xiàn)象，會在其表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象。常見的 壓電材料有三類：壓電晶體（石英晶體）、壓電陶瓷（陶瓷晶體）和高分子壓電材料。 應該指出的是，自然界中，大多數(shù)晶體都具有壓電效應，然而大多數(shù)晶體的壓電效應都十分微弱。 壓電傳感器只能應用于動態(tài)測量： 由于外力作用在壓電元件上產(chǎn)生的電荷只有在無泄漏的情況下才能保存，即需要測量回路具有無限大的輸入阻抗，這實際上是不可能的，因此壓電式傳感器不能用于靜態(tài)測量。 壓電元件在交變力的作用下，電荷可以不斷補充，可以供給測量回路以一定的電流，故只適用于動態(tài)測量（一般必須高于 100Hz，但在 50kHz以上時，靈敏度下降）。 圖 32 壓電陶瓷片的符號和外形 場效應管放大電路 場效應管的直流偏置和靜態(tài)工作點計算 圖 33 （ 1） .自給柵偏壓電路 (只適用于耗盡型 FET)，Rg 為柵極泄放電阻，泄放柵 極感生電荷，通常取～ 10MΩ。 Rs 為源極偏置電阻，作用類似于共射電路的 Re，可以穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點 Q 。 自偏壓電路由于 IG＝ 0，所以 Rg上無直流壓降， VG＝ 0。由于耗盡型 FET 在 VGS＝ 0時存在導電溝道，所以電路有漏極電流 ID。 （ 2） . 分壓式自偏壓電路，適用于耗盡型和增強型 FET。 圖 34 若 VG＞ IDRs，則可適用于增強型管 (N 溝道 )；若 VG＜ IDRs，則可適用于耗盡型 MOS 管或 JFET。 靜態(tài)工作點的計算 ：由轉移特性曲線和偏壓線方程 (為一直線 )求輸入回路的工作點；由輸出特性曲線和直流負載線求輸出回路的工作點。 ：由 FET 的電流方程和偏壓線方程兩組方程聯(lián)立求解，通常舍去不合題意的一組解，然后得到靜態(tài)工作點。 圖 35 電壓傳輸特性： 圖 36 場效應管放大與開關應用舉例 圖 37 用作放大器： BCQD 段： VT＜ VGS＜ 6V， FET 工作在恒流區(qū) (放大 區(qū) )內。 例如： 用作可控開關 : 圖 38 AB 段： VGS＜ VT， FET 工作在截止區(qū)， VO＝ VDD； EFG 段： VGS＞ 6V， FET 工作在可變電阻區(qū)， VO≈ 0。 圖 39 當 VGS=9V 時，工作點移至 F 點， MOS 管工作于可變電阻區(qū)， VDS=，相當于開關接通；當 VGS=0V時，工作點移至 A， MOS 管截止， VDS=12V, iD=0,相當于開關斷開。 FET 反相器的輸入 /輸出波形： 圖 310 用作壓控電阻：在可變電阻區(qū)， iD 隨 VDS 近似線性增加，且 VDS 與 iD 的比值 (即 RDS)受 VGS 控制，等效為壓控電阻 圖 311 NE555 (Timer IC)大約在 1971年 由 Sigics Corporation 發(fā)布，在當時是唯一非?？焖偾疑虡I(yè)化的 Timer IC，在往后的 30年來 非常普遍被使用，且延伸出許多的應用電 路 ，盡管近 年來 CMOS 技術版本的 Timer IC 如 MOTOROLA 的MC1455 已被大 量 的使用，但原規(guī)格的 NE555 依然正常的在市場上供應，盡管新版 IC 在功能上有部份的改善，但其腳位勁能并沒變化，所