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《传感器原理及工程应用》第三版郁有文课后答

发布日期:2020-08-12 18:32

  7-4什么是霍尔效应?霍尔电势与哪些因素有关? 1、通电的导体或半导体,在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势,这种现象称霍尔效应。该电势称霍尔电势。 2、霍尔电势正比于激励电流及磁感应强度,其灵敏度与霍尔系数R 成反比。为了提高灵敏度,霍尔元件常制成薄片形状。7-5 影响霍尔元件输出零点的因素有哪些?如何补偿? 1、影响霍尔元件输出零点的因素 当霍尔元件的激励电流为I 时,若元件所处位置磁感应强度为零,则它的霍尔电势应该 为零,但实际不为零。这时测得的空载霍尔电势称为不等位电势。产生这一现象的原因有: (3)激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布等。2、不等位电势与霍尔电势具有相同的数量级,有时甚至超过霍尔电势,而实用中要消除不 等位电势是极其困难的,因而必须采用补偿的方法。 可以把霍尔元件等效为一个电桥,贵州快3,用电桥平衡来补偿不等位电势。由于 电极不在同一等位面上,此四个电阻阻值不相等,电桥不平衡,不等位电势不等于零。此时可根据 两点电位的高低,判断应在某一桥臂上并联一定的电阻,使电桥达到平衡,从而使不等位电势为零。 7-8 试分析霍尔元件输出接有负载 进行温度补偿的条件。 补偿电路如图(a)所示,输入回路与输出回路的等效电路如图(b)、(c)所示。设R 不随温度改变,由于霍尔元件输出电阻Rout 随温度变化,输出霍尔电势U 也随温度变化,使得负载电阻上的输出电压 输出回路等效电路温度为 的温度系数,霍尔元件内阻温度系数为 ,灵敏度温度系数为, 则温度升高 RTRin UH Rout RL outout outout 为了获得最大的输出功率,可使out 8-1光电效应有哪几种?相对应的光电器件各有哪些? 1、光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类。内光电效应又可分为光电导效应和光生伏特效应。 2、光电器件 (1)基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管、光电摄像管等。 (2)基于光电导效应的光电器件有光敏电阻。 (3)基于光生伏特效应的光电器件有光电池、光敏二极管、三极管。 8-2 试述光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管和光电池的工作原理,在实际应用时各有什么 特点? 1、光敏电阻的工作原理其工作原理是基于光电导效应,其阻值随光照增强而减小。光敏电阻没有极性,纯粹是 一个电阻器件,使用时既可加直流电压,也可以加交流电压。 无光照时,光敏电阻值(暗电阻)很大,电路中电流(暗电流)很小。当光敏电阻受 到一定波长范围的光照时,它的阻值(亮电阻)急剧减小,电路中电流迅速增大。一般希 望暗电阻越大越好,亮电阻越小越好, 此时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻 值一般在兆欧量级, 亮电阻值在几千欧以下。 2、光敏二极管的工作原理 在无光照时,处于反偏的光敏二极管工作在截止状态,其反向电阻很大,反向电流很小, 这种反向电流称为暗电流。 当有光照射到光敏二极管的PN 结时,PN 结附近受光子轰击,吸收其能量而产生电子- 空穴对,它们在反向电压和内电场的作用下,漂移越过PN 结,形成比无光照时大得多的反 向电流,该反向电流称为光电流,此时,光敏二极管的反向电阻下降。 若入射光的强度增 强,产生的电子-空穴对数量也随之增加,光电流也响应增大,即光电流与光照度成正比。 如果外电路接上负载,便可获得随光照强弱变化的信号。光敏二极管的光电流 度之间呈线性关系。光敏二极管的光照特性是线性的,所以适合检测等方面的应用。3、光敏晶体管的工作原理 大多数光敏晶体管的基极无引出线,当集电极加上相对于发射极为正的电压而不接基极 时,集电结就是反向偏压。 当光照射在集电结时,就会在结附近产生电子—空穴对,光生电子被拉到集电极,基区 留下空穴,使基极与发射极间的电压升高,这样便会有大量的电子流向集电极,形成输出电 流,且集电极电流为光电流的β 倍,所以光敏晶体管有放大作用。 4、光电池的工作原理 硅光电池是在一块N 型硅片上用扩散的办法掺入一些P 型杂质(如硼)形成PN 照到PN结区时,如果光子能量足够大,将在结区附近激发出电子-空穴对,在 N区聚积负 电荷,P区聚积正电荷,这样 P区之间出现电位差。若将PN 结两端用导线连起来,电路中有电流流过,电流的方向由P 区流经外电路至N 区。若将外电路断开,就可测出光生电动势。 8-3 光电耦合器件分为哪两类?各有什么用途? 光电耦合器件分为两类:一类是用于实现电隔离的光电耦合器(又称光电耦合器),另一类是用于检测物体位置或检测有无物体的光电开关(又称光电断续器)。 8-5 如何理解电荷耦合器件有“电子自扫描”作用? 面阵CCD包括x、y 两个方向用于摄取平面图像,它能存储由光产生的信号电荷。当对 它施加特定时序的脉冲时,其存储的信号电荷便可在CCD 内作定向传输而实现自扫描。 8-6 光在光纤中是怎样传输的?对光纤及入射光的入射角有什么要求? 1、光在光纤内的全内反射进行传输的,实际工作时需要光纤弯曲,但只要满足全反射条件,光线仍然继续前进。可见这里的光线“转弯”实际上是由光的全反射所形成的。 2、为满足光在光纤内的全内反射, 光入射到光纤端面的入射角θ 应满足一般光纤所处环境为空气,则n0=1,这样上式可表示为 8-7 光纤数值孔径 NA的物理意义是什么?对 NA取值大小有什么意义? 1、数值孔径是表征光纤集光本领的一个重要参数,即反映光纤接收光量的多少。无论光源发射功率有多大,只有入射角处于2θ 的光椎角内,光纤才能导光。如入射角过大,光线便从包层逸出而产生漏光。 2、光纤的 NA 越大,表明它的集光能力越强,一般希望有大的数值孔径,这有利于提高耦 合效率; 但数值孔径过大,会造成光信号畸变。所以要适当选择数值孔径的数值,如石英 光纤数值孔径一般为0.2~0.4。 8-8 当光纤的 =1,求光在光纤内产生全内反射时入射光的最大入射角 根据光纤数值孔径NA的定义入射临界角 arcNA 时才能传播。 分享知识成就自我!

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