《现代检测技术及仪表》第2版习题解答（孙传友编）第5章

第5章

5-1

答：相同点：磁敏二极管和磁敏三极管都是PN结型的磁敏元件，都有本征区I，本征区I的长度较长，其一个侧面磨成光滑面，另一面打毛。粗糙的表面处容易使电子—空穴对复合而消失，称为r(recombination)面(或r区)，

不同点：磁敏二极管的结构是在高阻半导体芯片(本征型)I两端，分别制作P、N两个电极，形成P-I-N结。当磁敏二极管未受到外界磁场作用时，外加正偏压，则有大量的空穴从P区通过I区进入N区，同时也有大量电子注入P区，形成电流。当磁敏二极管受到外界磁场H+(正向磁场)作用时，电子和空穴受到洛伦兹力的作用而向r区偏转，由于r区的电子和空穴复合消失速度比光滑面I区快，因此形成的电流因复合速度快而减小。当磁敏二极管受到外界磁场H-(反向磁场)作用时，电子—空穴对受到洛伦兹力作用向光滑面偏转，电子—空穴的复合率明显减小，因而形成的电流变大。磁敏二极管反向偏置时，仅流过很微小电流，几乎与磁场无关。

磁敏三极管的结构是在弱P型近本征半导体（本征区I）上，用合金法或扩散法形成三个结，即发射结、基极结、集电结。当磁敏三极管未受到磁场作用时，基极电流大于集电极电流，使β=Ic/Ib<1。受到正向磁场(H+)作用时，洛仑兹力使载流子偏向发射结的一侧，导致集电极电流显著下降，当反向磁场(H-)作用时，载流子向集电极一侧偏转，使集电极电流增大。

5-2

题5-2 图 简易高斯计电路图

解：图中左侧虚线框内是两对互补的磁敏二极管，四只温度特性一致的磁敏二极管按磁场极性互相相反组成磁敏桥作为探头，探头通过导线与机身插接。插接开关为量程选择开关，接入8个不同的电阻，得到8个不同的量程。两只晶体管组成差分放大电路。

没有磁场时(H＝0)，磁敏桥平衡无输出。加磁H+时，磁敏桥有输出电压加在差分对管基极上，集电极电位发生变化，有电流通过电表。使表针指示所测磁场强度值。当加磁场H-时，由于磁场方向与H+加时相反，表针向“0”位置反方向偏转。

5-3

题5-3图 光敏二极管光控开关电路

解：题5-3图(a)是亮通光控电路。当有光照射时，光敏二极管的阻值变小，VT1、VT2导通，继电器K工作，从而带动执行机构。图(b)是暗通光控电路，当有光照射时，光敏二极管的阻值变小。VT1、VT2截止，继电器K不工作；只有当无光照时，VT1、VT2才导通，继电器工作。

5-4

解：采用图5－1-16(a)所示温敏硅二极管电桥和测量放大器及数字电压表组成的数字温度计电路如题5-4图所示。

题5-4图 采用温敏硅二极管电桥的数字温度计电路 图中测量放大器输出电压为 U0?(U1?U2)(1?据公式（5－1-5)可知， U2?Ub?C?t

调节电位器RP1，使U1?Ub，从而使t?0C时，U0?0。完成调零后，测量放大器输出电压为

?2R1R3 )?RP2R2 U0?(1?2R1R3)??C?t RP2R2?再调节电位器RP2，使t?100C时，U0?100mV。这样就使数字电压表DVM读数1mV代表1℃温度，100mV代表100℃。

5-5

题5-5图

解：图中求和放大器输出电压为

U0??R3RRU1?3U2?3US R1R2R4因热电偶正极接地，故U1??EAB(T,T0),据公式（）U2?Ub?C?T0,代入上式得 U0?R3RRREAB(T.T0)?3(Ub?CT)?3US?3EAB(T.T0) R1R2R4R2R4Us,从而使T?0时，U0?0，完成调零后，输出电压为 ?R2Ub?R3RR?REAB(T.T0)?3CT0?3?EAB(T.T0)?2CT0? R2R1R2?R1?调节电位器R4,使

U0?选取适当的R2、R1，使

R2CT0?EAB(T0.0)??T0，此时输出电压为 R1 U0?R3REAB(T,0)?3???T R1R1S，从而使U0?S?T。

调节电位器R3，使R3?R1?5-6

解：该说明书上提供的TMP35用于热电偶冷端补偿的电路如题5-6图所示。

题5-6图

据公式（5－2-7）和TMP35说明书，图中电压输出型集成温度传感器TMP35的输出电压分压产生的冷端补偿电压为

UC?UTR2R2 （1） ?(U00?CVT0)R1?R2R1?R2将U00?0，CV?10mV/?C，R2?102?，R1?24.9k?代入（1）式计算得 UC?(41?V/?C)?T0 （2） 据TMP35说明书，K型热电偶的塞贝克(Seebeck)系数??41? V/C，代入公式（4-3-17）得K型热电偶的热电势为

EK(T,T0)??(T?T0)?（41?V/?C)?(T?T0) （3） 因此同相放大器输入电压为

Ui?EK(T,T0)?UC?(41?V/?C)?T （4） 据TMP35说明书，当T=250℃时，K型热电偶的热电势EK(250,0)?10.151mV。为了使T=0℃～250℃时，同相放大器输出电压为0～2.50V, 同相放大器的放大倍数为 K?1??R5?RP2.5V??246.3 R410.151mV调节电位器RP,使T=250℃时，同相放大器输出电压为2.50V。

5-7

解：该说明书上提供的AD592用于热电偶冷端补偿的电路如题5-7图所示。

题5-7图

据公式（5－2-5)和AD592，图中电流输出型集成温度传感器AD592输出电流在电阻R上形成的补偿电压为

UC?(I00?CIT0)?R （1） 该补偿电压与热电偶热电势相加成为同相放大器输入电压：

Ui?E(T,T0)?UC （2） 依据叠加原理，放大器输出电压为 U0?Ui(1?RG1R)?UbG1 （3） RG2RG2RG1R )?UbG1 （4）

RG2RG2将（1）、（2）式代入（3）式，整理得

U0??E(T,T0)?(I00?CIT0)R?(1??AD592的I00?273?A，CI?1?A/C。选择电阻R,，使

R??CI??1?A/C? （5）

选定热电偶的类型后，将该型热电偶的塞贝克(Seebeck)系数? 代人上式可计算得所需的电

?阻值。例如K型热电偶的塞贝克(Seebeck)系数??41? V/C，代入上式计算得R?41?。

调节电位器RP，使基准电压源AD1403提供的2.5V稳定电压分压产生的Ub满足调零条件：

(1?RG1R )I00R?UbG1 （6）

RG2RG2将（5）式和（6）式代入（4）式得

U0??E(T,T0)??T0?(1?RG1RR )?E(T,0)(1?G1)??T(1?G1)?S?T （7）

RG2RG2RG2根据所需的输出电压灵敏度S.，可依据（7）式计算出的放大器放大倍数和相应的增益电阻

RG1、RG2 。

5-8

解：满度输出电压的典型值为

U0?5.1??0.01059??4.897V ?105?0.1518满度输出电压的最大值为

U0?5.1??0.0105?9(105?1.5)?0.151?8?4.97V8 满度输出电压的最小值为

U0?5.1??0.0105?9(105?1.5)?0.151?8?4.81V5

5- 9

答：据公式(6-2-9) H在0～100%RH范围时，对应的H0为

H0?H?(1.0546?0.00218t)?H?(1.0546?0.00218?30)?0.9892H

＝0～98.93%RH。代入公式(6-2-8)计算得

U0?E(0.0062H0?0.16)?5?0.16～5?(0.0062?98.93?0.16)=0.8～3.87V

5-10 答：线性集成霍尔传感器的输出电压与输入的磁感应强度成线性关系，因此常用来测量磁场的磁感应强度或能转换成磁场的磁感应强度的其他非电量。这些非电量是连续变化的模拟量。开关型集成霍尔传感器的输出只有高电平和低电平两种状态，常用来测量磁场的有或无，也可用来测量能转换成磁场的其他开关型非电量。

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