【文章內(nèi)容簡介】 感器，被測信號量的微小變化也將轉(zhuǎn)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(xué)類。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運作的。化學(xué)傳感器技術(shù)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(xué)傳感器的應(yīng)用將會有巨大增長。 常見傳感器的應(yīng)用領(lǐng)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(biāo)準(zhǔn)可將傳感器分為： 模擬傳感器 —— 將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號。 數(shù)字傳感器 —— 將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號 (包括直接和間接轉(zhuǎn)換 )。 膺數(shù)字傳感器 —— 將被測量的信號量轉(zhuǎn)換成頻率信號或短周期信號的輸出(包括直接或間接轉(zhuǎn)換 )。 開關(guān)傳感器 —— 當(dāng)一個被測量的信號達(dá)到某個特定的閾值時，傳感器相應(yīng)地輸出一個設(shè)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(yīng)的、具有特征性的反 應(yīng)。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(yīng)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(zhì)分 導(dǎo)體 絕緣體 半導(dǎo)體 磁性材料 (3)按材料的晶體結(jié)構(gòu)分 單晶 多晶 非晶材料 與采用新材料緊密相關(guān)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(yīng)和反應(yīng)，然后使它們能在傳感器技術(shù)中得到實際使用。 (2)探索新的材料，應(yīng)用那些已知的現(xiàn)象、效應(yīng)和反應(yīng)來改進(jìn)傳感器技術(shù)。(3)在研究新型材料的基礎(chǔ)上探索新現(xiàn)象、新效應(yīng)和反應(yīng)，并在傳感器技術(shù)中加以具體實施。 現(xiàn)代傳感器制造業(yè)的進(jìn)展取決于用于傳感器技術(shù)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(dǎo)體以及介質(zhì)材料的應(yīng)用密切關(guān)聯(lián)的。表 中給出了一些可用于傳感器技術(shù)的、能夠轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)硅基半導(dǎo)體集成電路的工藝技術(shù)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(zhì)襯底 (基板 )上的，相應(yīng)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(yīng)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(jìn)行熱處理，使厚膜成形。 陶瓷傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)?shù)念A(yù)備性操作之后，已成形的元件在高溫中進(jìn)行燒結(jié)。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(rèn)為厚膜工藝是陶瓷 工藝的一種變型。 每種工藝技術(shù)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(zhì)受力后產(chǎn)生的 壓電效應(yīng) 制成的傳感器。所謂壓電效應(yīng)是指某些電介質(zhì)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(nèi)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(yīng)該指出的是，自然界中，大多數(shù)晶體都具有壓電效應(yīng)，然而大多數(shù)晶體的壓電效應(yīng)都十分微弱。 壓電傳感器只能應(yīng)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(yīng)管放大電路 場效應(yīng)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(dǎo)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(zhuǎn)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(fù)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(yīng)管放大與開關(guān)應(yīng)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(nèi)。 例如： 用作可控開關(guān) : 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(dāng) VGS=9V 時，工作點移至 F 點， MOS 管工作于可變電阻區(qū)， VDS=，相當(dāng)于開關(guān)接通；當(dāng) VGS=0V時，工作點移至 A， MOS 管截止， VDS=12V, iD=0,相當(dāng)于開關(guān)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(dāng)時是唯一非常快速且商業(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(yīng)用電 路 ，盡管近 年來 CMOS 技術(shù)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(yīng)，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