资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。
7-4 什么是霍尔效应? 霍尔电势与哪些因素有关? 【答】
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RH成正比而与霍尔片厚度d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:
( 1) 霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上;
( 2) 半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或是几何尺寸不均匀; ( 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。
能够把霍尔元件等效为一个电桥, 用电桥平衡来补偿不等位电势。由于A、 B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A、 B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RL 时, 利用恒压源和输入回路串联电阻RT 进行温度补偿的条件。
资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。
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RL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UH也随温度变化, 使得负载电阻上的输出电压
RLU?UH
RL?Rout与温度有关。
RL
RT
RT(a) 霍尔元件接有负载
RoutERinUHRL
(b) 输入回路等效电路 (c) 输出回路等效电路
温度为T0 时, 负载电阻上的输出电压为
U0?RLKH0BERLRL UH0?KH0I0B?RL?Rout0RL?Rout0(RL?Rout0)(RT0?Rin0) 设RT 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?T后, 负载电阻上的电压为
KH0(1???T)BERL U??RL?Rout0(1???T)RT0(1???T)?Rin0(1???T)要实现温度补偿, 应使U?U0, 即 资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。
KH0(1???T)BEKBERLRL???H0RL?Rout0(1???T)RT0(1???T)?Rin0(1???T)RL?Rout0RT0?Rin0消去二阶小量( 即含?或??的项) , 解得
2(???)(RL?Rout)??RoutRT0??Rin0
(???)(RL?Rout0)??Rout为了获得最大的输出功率, 可使RL?Rout, 则
RT0??
2??3?Rin0
2??2???8-1 光电效应有哪几种? 相对应的光电器件各有哪些? 【答】
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? 【答】
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, 也能够加交流电压。
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
资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。
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 I 与照度之间呈线性关系。光敏二极管的光照特性是线性的, 因此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, 因此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结。当光照到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N区和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?
资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。
【答】
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? 【答】
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?
【答】
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, 光线依然继续前进。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θi应满足
?i??c?arcsin???12??n12?n2??n0?一般光纤所处环境为空气, 则n0=1, 这样上式可表示为
?i??c?arcsinn12?n228-7 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? 【答】
1、 数值孔径是表征光纤集光本事的一个重要参数, 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2θc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。
资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。
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。因此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n1=1.46, n2=1.45, 如光纤外部介质的n0=1, 求光在光纤内产生全内反射时入射光的最大入射角?c的值? 【解】
根据光纤数值孔径NA的定义
1NA?sin?c?n12?n22?1.462?1.452?0.1706n0入射临界角?c为
?c?arcsinNA?arc0.1706?9.80
故, 得该种光纤最大入射角为9.80 , 即入射光线必须在与该光纤轴线夹角小于9.80 时才能传播。
传感器原理及工程应用第三版郁有文课后答案样本
