第二章 p-n结
第二章p-n结
第二章p－n结
1.pn结
2.平衡pn结
3.非平衡pn结
4.pn结击穿
1.pn结
定义：采用扩散、合金、离子注入等制造工艺，可以在一块半导体中获得不同掺
杂的两个区域，这种p型区和n型区之
间的边界称为pn结。
1.pn结
几种pn结的
制备方法：
（a）合金法（b）固态扩散法（c）平面工艺（d）离子注入
双极型器件1.pn结
1.pn结MOS器件
第二章p－n结
1.pn结
2.平衡pn结
3.非平衡pn结
4.pn结击穿2.1空间电荷区和接触电势差2.2空间电荷区的电场和电位
2.1空间电荷区和接触电势差
几个概念： 空间电荷区 耗尽近似 准中性近似 自建电场
pn 结中n 区半导体中的电子比p 区多得多，电子就由n 区向p 区扩散，在p －n 结边界的n 型侧留下带正电荷的施主离子；同样，空穴将从p 区向n 区扩散，在p －n 结边界的p 型侧留下带负电荷的受主离子，p －n 结交界面两侧不再呈现电中性，出现带正、负电荷的区域，称为空间电荷区。
2.1空间电荷区和接触电势差
空间电荷区
2.1空间电荷区和接触电势差
耗尽近似
1.可动载流子全部耗尽，可动的多数载流子
浓度在耗尽区边缘与掺杂浓度相等
2.除了耗尽区，电荷密度都等于零
3.耗尽区的电荷密度等于离化的杂质浓度
2.1空间电荷区和接触电势差
准中性近似
在空间电荷区以外的p－n结区域，一般室温情况下，杂质可认为完全电离，并且多数载流子的分布和杂质分布相差不大，这样的半导体区域几乎是中性的，或者称为准中性区。
2.1空间电荷区和接触电势差
自建电场
空间电荷区中的电场方向由n区指向p区，称为pn结的自建电场。
2.1空间电荷区和接触电势差
分离的p型半导体和n型半导体的能带结构
2.1空间电荷区和接触电势差
pn结的能带结构
第二章p－n结
1.pn结
2.平衡pn结
3.非平衡pn结
4.pn结击穿2.1空间电荷区和接触电势差2.2空间电荷区的电场和电位
2.2空间电荷区的电场和电位
平衡pn结电荷密度
ε
x (=
)
土壤学习题与答案
土壤学试题与答案 一按章节复习 第一章绪论 一、填空 1.德国化学家比希创立了（矿质营养）学说和归还学说，为植物营养和施肥奠 定了理论基础。 2.土壤形成的五大自然因素是（母质）、（气候）、（生物）、（地形）和时间。 3.发育完全的自然土壤剖面至少有（表土层）、（淀积层）和母质层三个层次。 4.土壤圈处于（岩圈）、（大气圈）、（生物圈）、（水圈）的中心部位，是它们相 互间进行物质，能量交换和转换的枢纽。 5.土壤四大肥力因素是指（水分）、（养分）、（空气）和（热量）。 6.土壤肥力按成因可分为（自然肥力）、（人工肥力）；按有效性可分为（有效 肥力）、（潜在肥力） 二、判断题 1.（√）没有生物，土壤就不能形成。 2.（×）土壤三相物质组成，以固相的矿物质最重要。 3.（×）土壤在地球表面是连续分布的。 4.（×）土壤的四大肥力因素中，以养分含量多少最重要。 5.（×）一般说来，砂性土壤的肥力比粘性土壤要高，所以农民比较喜欢砂性
土壤。 6.（√）在已开垦的土壤上自然肥力和人工肥力紧密结合在一起，分不出哪是 自然肥力，哪是人工能力。 三、名词解释 1. 土壤：是具有肥力特性因而能生产植物收获物的地球陆地疏松表层。 2. 土壤肥力：土壤能适时地供给并协调植物生长所需的水、肥、气、热、固着条件和无毒害物质的能力。 3. 土壤剖面：在野外观察和研究土壤时，从地面垂直向下直到母质挖一断面。 四、简答题 1. 土壤在农业生产和自然环境中有那些重要作用？ （1）土壤是植物生长繁育和生物生产的基地，是农业的基本生产资料。 （2）土壤耕作是农业生产中的重要环节。 （3）土壤是农业生产中各项技术措施的基础。 （4）土壤是农业生态系统的重要组成部分。 2. 土壤是由哪些物质组成的？土壤和土壤肥力的概念是什么？ 土壤是由固体、液体和气体三相物质组成的疏松多体。 3. 简述“矿质营养学说”和“归还学说”。 矿质营养学说：土壤中矿物质是一切绿色植物唯一的养料，厩肥及其它有机肥料对于植物生长所起的作用，并不是其中所含的有机质，而是由于这些有机质在分解时形成的矿物质。 归还学说：由于不断地栽培作物，土壤中矿物质必然引起损耗，如果不把作物由土壤中摄取的那些矿物质归还给土壤，那么到最后土壤会变得十分贫瘠，甚至寸草不生。要想完全避免土壤的这种损耗是不可能的，但是恢复土壤中所损耗的物质是可能的，办法就是施用矿质肥料，使土壤的损耗和营养物质的归还之间保持着一定的平衡。 4. 土壤具有哪些特征？ （1）土壤是在母质、气候、地形、生物和时间五种因素下形成的。 （2）土壤以不完全连续的状态覆盖于陆地表面，处在大气圈、水圈、生物圈和岩圈相互交接的地带。 （3）土壤具有一定的层次构造。 （4）土壤是由固体、液体和气体三相物质组成的疏松多体。 （5）土壤具有巨大的表面积。 （6）土壤是一个生态系统。 （7）土壤中进行着物质和能量的转移和转化过程。
第二章光电式传感器
第二章光电式传感器 一、学习本课程所需的预备知识。 物理、电工基础、电子测量技术、电子线路。 二、教学提要（重难点）、课程内容、教学要求、实验指导。 重点掌握光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管以及光电池的原理和应用。 光电式传感器的核心部件是光电器件，它是将光能转换为电能的一种传感器件。光电器件的理论基础是光电效应，即金属、半导体等材料在光照下释放出电子的现象。根据释放出的电子的分布的不同，光电效应可分为以下三种情况： 利用外光电效应工作的器件有光电管、光电倍增管等。 利用内光电效应（光电导效应）工作的器件有光敏电阻等。 利用光生伏特效应（阻挡层光电效应）工作的器件有光电晶体管、光电池等。 光纤传感器以及CCD可以作为了解内容。授课时可以拿鼠标作为一个光敏二极管、三极管的应用实例，有实验设备的应开设本实验。 三、教学建议。 由于光电元件在日常生活中用的较多，所以授课时可以拿身边的一些设备来讲解，比如照相机、摄像机、光控照明等。 四、典型例题 1、磁栅式传感器由哪几部分组成？简述工作原理？ 答：磁栅式传感器由磁栅、磁头和检测电路组成。磁栅是检测位置的基准尺，尺身的磁性薄膜上预先录有相同间距的栅状磁信号，此偷渡去磁信号。当磁栅与磁头的相对位置发生变化时，磁头的输出发生相应变化，将位移量转换为电信号，然后通过检测电路转换成脉冲，并以数字形式显示出来。磁栅传感器有长磁栅式和圆磁栅式两种，分别用来测量线位移和角位移。 2、光电式传感器的原理是什么？ 答：光电式传感器是以光电效应为基础，将光信号转换成电信号的传感器。 3、光码盘的工作原理是什么？ 答：码盘式传感器是建立在编码器的基础上的，它能够将角度转换为数字编码，是一种数字式的传感器。码盘按结构可以分为接触式、光电式和电磁式三种，后两种为非接触式测量。光电式编码器由光源、光学系统、码盘、光电接收元件、处理电路等组成。由光源发出的光线经透镜变成一束平行光照射在码盘上，通过透光部分的光线经狭缝照射到光电元件上，光电元件的排列与码道一一对应，这样几个光电元件输出的电信号组合就反映了角度信息，经
传感器与测试技术作业题第二章
第二章传感器的一般特性 1．解释下列名词 1）测量范围：由被测量或供给量的两个值限定的范围。在该范围内规定了测量仪器仪表的不确定度限。一个仪器仪表可以有几个测量范围量程。 2）量程：检测上限和检测下限的代数差为量程。 3）线性度：实际曲线与其两个端点连线（称理论直线）之间的偏差称为传感器的非线性误差。取其中最大值与输出满度值之比作为评价线性度（或非线性误差）的指标 4）迟滞：传感器在正（输入量增大）或（输入量减小）形成中输出输入曲线不重合成为迟滞。 5）重复性：重复性是用本方法在正常和正确操作情况下，由同一操作人员，在同一实验室内，使用同一仪器，并在短期内，对相同试样所作多个单次测试结果，在95％概率水平两个独立测试结果的最大差值 6）灵敏度：灵敏度指示器的相对于被测量变化的位移率，灵敏度是衡量物理仪器的一个标志，特别是电学仪器注重仪器灵敏度的提高。通过灵敏度的研究可加深对仪表的构造和原理的理解 7）灵敏度误差：天平灵敏度示值与约定真值之差 8）分辨力：分辨力是指传感器在规定测量范围内所能检测出被测输入量的最小变化值。 9）阈值：阈值是指能使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零点附近的分辨能力。 10）漂移：漂移是指在一定时间间隔内，传感器的输出存在着与被测输入量无关的、不需要的变化。 11）稳定性：稳定性又称长期稳定性，即传感器在相当长时间内保持其原性能的能力。 2．什么是传感器的静特性、动特性？ 传感器的静特性是指传感器在输入量的各个值处于稳定状态时的输出与输入关系。 动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。 3．不失真检测的条件是什么？ 传感器无失真检测条件是：幅频特性应当是常数（即水平直线）（如同a）；相频特性应该是线性关系（如图b）
第二章 土壤矿物质
第二章土壤矿物质 【教学目标】 ●土壤矿物 1．了解土壤原生矿物的种类。 2．重点掌握次生矿物的种类及特性。 ●矿物质土粒 1．了解矿物质土粒的分类系统。 2．掌握矿物质土粒水分物理特性。 ●土壤质地 1. 了解土壤质地的分类系统。 2．掌握不同质地土壤的水分物理特性。 1 土壤矿物 土壤母质来源于岩石、矿物的风化产物，岩石是由矿物所构成，是矿物的天然集合体。 ? 1.1 几种主要岩石类型与特性 地壳中的岩石可分为岩浆岩（火成岩）、沉积岩和变质岩三大类。 岩浆岩（火成岩）由岩浆冷却凝固形成，如花岗岩、闪长岩、玄武岩等，它们含有石英、长石、深色矿物（如黑云母、辉石、角闪石等原生矿物）。 沉积岩是由岩石风化物经搬运、沉积再胶结而形成的，如花岗岩风化形成的石英沙沉入海底经地质变化胶结成的岩石，称为沙岩。 变质岩是火成岩或沉积岩在高温、高压下发生质变而形成的，如花岗岩变质形成片麻岩、沙岩和页岩变质形成石英岩和板岩，石灰岩变质可形成大理岩。 1.1.1 岩浆岩 （1）花岗岩为粗粒、中粒或细粒全晶质的岩石，呈红色、灰色或浅灰色。主要矿物有石英、正长石、黑云母，也有角闪石、斜长石，由于矿物结晶颗粒较大，组成复杂，容易发生物理风化。在干旱地区崩解成砂粒，在湿润地区暗色矿物被分解为含水氧化铁次生矿物，长石类矿物分解为高岭石，石英以砂粒残留于风化物中。 （2）流纹岩：化学成分与花岗岩基本相似，灰白、浅黄或浅红色。斑状结构，斑晶为圆柱状的石英和长方形透长石。因结晶颗粒较小，难以发生物理风化。在温暖湿润地区所形成深厚的风化层，多呈红色的粘壤土或砂质粘壤土。 （3）正长岩：其矿物组成以正长石和角闪石为主，不含石英，有少量的磷灰石，磁铁矿，色浅红，呈块状或粒状构造。风化后形成砂壤或壤质土壤，通气性良好，富含磷、钾、钙、镁等营养元素。土壤多为中性至微酸性反应。 （4）玄武岩：是基性喷出岩，在地壳中分布较广。化学成分与辉长岩相当。色暗近似黑色，隐晶质结构，常有气孔构造，风化后质地较黏，含盐基物质较多。 （5）橄榄岩：主要由橄榄石和辉石组成，一般为暗绿色或黑绿色，全晶质粗粒或中粒 结构，容易风化。 1.1.2 沉积岩
第二章电阻传感器第二讲气敏与湿敏传感器
教师授课方案（首页） 授课班级09D电气1、电气2 授课日期 课节 2 课堂类型讲授 课题第二章电阻式传感器第二讲第三节测温热传感器 第四节气敏与湿敏传感器 教学目的与要求【知识目标】1、理解测温热传感器的工作特性及应用、掌握测量转换电路2、理解气敏与湿敏电阻的工作特性与应用 【能力目标】提高并培养学生实际仪表接线技能及理论联系实际的能力。 【职业目标】通过学生二线、三线、四线接线培养学生爱岗敬业的情感目标。 重点难点重点：掌握测温热传感器的测量转换电路难点：三线制测量转换电路 教具教学辅助活动教具：铂热电阻、气敏、湿敏传感器实物、多媒体课件、习题册 教学辅助活动：提问、学生讨论 一节教学过程安排复习 1、电位器式传感器的测量原理、转换电路、 应用 2、应变片的工作原理及应变片特性 3、单臂半桥、双臂半桥、四臂全桥的输出电 压及优点 4、举例说明应变式电阻传感器的应用 5分钟讲课 1、测温热电阻原理、二线、三线、四线测量 转换电路的特点，重点掌握三线制仪表的特点 及应用 2、气敏电阻及湿敏电阻原理、测量转换电路 及应用。掌握选用不同类型气敏电阻的方法。 70分钟小结 1、小结见内页之后 2、利用10分钟时间与学生互动答疑 13分钟作业 习题册第二章温热、气敏、湿敏传感器 习题 2分钟 任课教师：叶睿2011年1月18日审查教师签字：年月日
教案附页
【复习提问】 上节课知识点： 1、电位器式传感器的测量原理、转换电路、应用 2、应变片的工作原理及应变片特性 3、单臂半桥、双臂半桥、四臂全桥的输出电压及优点 4、举例说明应变式电阻传感器的应用 第二节测温热传感器【新课导入】 测量温度的方法有很多：本课程主要学习热电阻以及热电偶测量温度，热电偶传感器将在第九章学习到，本次课学习测温热电阻传感器。 热电阻在工业上被广泛用来测量–200～+9600C范围内的温度。 热电阻分为金属热电阻和半导体热电阻。前者仍简称热电阻，后者的灵敏度比前者高十倍以上，又称为热敏电阻。 【本节内容设计】 通过测量温度的方法学习测温热传感器的工作特性、测量转换电路以及测温热传感器的应用。 【授课内容】 一、金属热电阻 1、测量原理 热电阻利用电阻随温度的升高而增大的特性。需要电阻温度系数大、线性好、性能稳定、测量温度范围宽、价格容易。目前工业常用铜热电阻–50～+1500C 、铂热电阻–200～+9600C。 正温度系数：温度升高，电阻增大。用PTC表示。 负温度系数：温度升高，电阻减小。用NTC表示。 测温热电阻利用正温度系数的电阻制成。 实验说明： 取一只 100W/220V 灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值应为484Ω。2、热电阻的主要技术性能指标比较： 表2-2 热电阻的主要技术性能 材料铂（WZP）铜（WZC） 使用温度范围/℃-200～+960 -50～+150 电阻率/（Ω?m?10-6）0.098～0.106 0.017 0～100℃间电阻 温度系数α（平均 值）/℃-1 0.00385 0.00428 化学稳定性 在氧化性介质中较稳 定，不能在还原性介质中 超过100℃易氧化
《传感器及其应用》第二章习题答案
第2.1章 思考题与习题 1、何为金属的电阻应变效应？怎样利用这种效应制成应变片？ 答：（1）当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。（2）应变片是利用金属的电阻应变效应，将金属丝绕成栅形，称为敏感栅。并将其粘贴在绝缘基片上制成。把金属丝绕成栅形相当于多段金属丝的串联是为增大应变片电阻，提高灵敏度， 2、什么是应变片的灵敏系数？它与电阻丝的灵敏系数有何不同？为什么？ 答：（1）应变片的灵敏系数是指应变片安装于试件表面，在其轴线方向的单向应力作用下，应变片的阻值相对变化与试件表面上安装应变片区域的轴向应变之比。 ε R R k /?= （2）实验表明，电阻应变片的灵敏系数恒小于电阻丝的灵敏系数其原因除了粘贴层传递变形失真外，还存在有恒向效应。 3、对于箔式应变片，为什么增加两端各电阻条的截面积便能减小横向灵敏度？ 答：对于箔式应变片，增加两端圆弧部分尺寸较栅丝尺寸大得多（圆弧部分截面积大），其电阻值较小，因而电阻变化量也较小。所以其横向灵敏度便减小。 4、用应变片测量时，为什么必须采用温度补偿措施？ 答：用应变片测量时，由于环境温度变化所引起的电阻变化与试件应变所造成的电阻变化几乎有相同的数量级，从而产生很大的测量误差，所以必须采用温度补偿措施。 5、一应变片的电阻 R=120Ω， k=2.05。用作应变为800μm/m 的传感元件。 ①求△R 和△R/R ；②若电源电压U=3V ，求初始平衡时惠斯登电桥的输出电压U 0。 已知：R=120Ω， k =2.05，ε=800μm/m ； 求：①△R=？，△R/R=？②U=3V 时，U 0=？ 解①： ∵ ε R R k /?= ∴ Ω =??==??=?==?-1968.012080005.21064.180005.2/3 R k R k R R εε 解②：初始时电桥平衡（等臂电桥） ∵ U R R U ???= 410 ∴ mV U R R U 23.131064.14 14130=???=???= - 6、在材料为钢的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为120Ω的金属应变 片R 1和R 2，把这两应变片接入差动电桥（参看图2-9a ）。若钢的泊松系数μ=0.285，应变片的灵敏系数k =2，电桥电源电压U=2V ，当试件受轴向拉伸时，测得应变片R 1的电阻变化值△R =0.48Ω,试求电桥的输出电压U 0。
第二章：光电传感器及控制系统
第二章光电传感器控制技术与系统 光电传感器是以光敏器件作为检测元件，将光信号转换为电信号的装置。用这种传感器进行测控时，只需将其它的非电量转换为光信号即可。广泛用于物位、速度、位移、温度、白度、压力，以及一些机械量、几何量的测量与自动控制、电子计算机、智能机器人等，是目前应用最广泛的传感器之一。 光敏器件是利用物质的光电效应，将光量转换为电量的一种变换器件。它的发展迅速，品种繁多，常见的有光敏电阻、光电二级管、光电三级管、光电耦合器、硅光电池和光控晶闸管等。 §1 光敏电阻控制技术与系统 一、光敏电阻 1．光电导效应 半导体材料受光照射时，载流子数目增加，电阻率减少，这种现象称为光电导效应。 当一束光照射到半导体时，如果光的频率足够高，光子的能量hf(h = 6.626×10-34 E，就能产生出自由电子和(J·S)为普朗克常数，f为频率)大于半导体材料的禁带宽度 g “空穴”，使半导体的载流子数目增加，电阻率减小。入射光的强度越大，激发出来的自由电子和空穴越多，半导体的电阻率减小得就越厉害。 如果半导体是掺杂的，因为从杂质上释放一个电子（或空穴）所需的能量比本征半导体价电子所需的能量小，所以较长波长的光也能产生光电导。 具有光电导效应的材料称为光导材料。大多数的半导体和绝缘体都具有光电导效应。但能利用于制作光敏器件的却不多。从目前的光敏电阻来看，可分为三种类型：第一类为可见光光敏电阻，如硫化镉，硒化镉，硫—硒化镉，硫化镉—硫化锰光敏电阻等；第二类为红外光光敏电阻，如硫化铅，硒化铅，锑化铅，砷化铅，碲镉汞，碲化铅等光敏电阻；第三类
为紫外光光敏电阻，如硫化铅，硫化锌镉，硫化锗镉，硒碲锑三元素化合物等光敏电阻。 2．光敏电阻的结构 光敏电阻是根据半导体光电导效应，用光导材料制成的光电元件，又称作光导管。其典型结构如图2–1所示。管芯是一块装于绝缘衬底上，带有两个欧姆接触电极的光电导体，半导体吸收光子而产生的光电导效应只限于光照的表面薄层，虽然产生的载流子也有少数扩散到内部去，但深入的厚度有限，因此，光电导体一般都作成薄层。为了提高灵敏度，光敏电阻的电极一般采用梳状图案，如图2–2所示。壳体具有良好的密封性能，以保证光敏电阻灵敏度不受潮湿等影响。光敏电阻没有极性，是一个纯电阻元件。两极间既可加直流电压，也可加交流电压。光敏电阻在电路中的符号见图2–3。 3．光敏电阻的特性 （1）灵敏度 a ：电阻灵敏度 光敏电阻在室温环境，处于全暗条件下，经过一定时间具有的电阻值称为暗电阻d R ， d R 一般在M Ω数量级，常用“olx ”表示；受到一定光照时的电阻值称为亮电阻R l ，R l 一 般为K Ω数量级，常用“100 lx ”表示。暗电阻与亮电阻阻值之差R d –R l 与亮电阻R l 之比，称为光敏电阻的电阻灵敏度。即 L L d r R R K K -= （1） b ．积分灵敏度 光敏电阻加上一定电压并受光照时所产生的电流称为亮电流，无光照射时流过光敏电 阻上的电流称为暗电流。在同一电压下，亮电流与暗电流之差称为光电流I Ф，光电流I Ф 和照在光敏电阻上的光通量之比称为光敏电阻的积分灵敏度。即 图2-1 光敏电阻的典型结构 1–光电导体 2–玻璃 3–电极 4–绝缘衬底 5–金属壳 6–引线 图2-2 光敏电阻的芯片结构 1–电极 2–光电导体 图2-3 光敏电阻的符号
土壤矿物质
土壤的物质组成 土壤中不同组分的作用 土壤中的矿物质被称为土壤的“骨骼”； 土壤有机质被称为土壤的“肌肉”或肥力的“精华”。 土壤水分和溶解于其中的养分构成的土壤液相被称为土壤的“血液”。 各种生物是土壤中多种生物过程的驱动力。 土壤三相的物质组成和特性，是土壤肥力的基础，调节三相的比例，可以改变土壤肥力条件。 第二章节土壤矿物质 第一节 土壤矿物质的矿物组成和化学组成 一、土壤矿物基本组成 （一）原生矿物 1.原生矿物概念： 在风化和成土过程中未改变化学组成和结晶结构的原始成岩矿物。 2.原生矿物类型： 土壤原生矿物以硅酸盐和铝硅酸盐占绝对优势，常见的有石英、长石、云母、辉石、角闪石、橄榄石等。 3.原生矿物对土壤肥力的贡献 (1)构成了土壤的骨骼—粗的土粒 (2)提供潜在养分—通过风化作用逐渐释放 另外，原生矿物能说明成土母质成因特征：如果土壤中原生矿物丰富，说明土壤相当年轻；随着土壤年龄增长，原生矿物含量和种类逐渐减少。 （二）次生矿物1.次生矿物的概念 在风化和成土过程中新形成的矿物。次生矿物一般比较小，属于粘粒范围，因此，也有人叫它粘土矿物或者粘粒矿物。 粘土矿物（粘粒矿物）：粒径大小在粘粒范围内的次生矿物称之。 2.粘土矿物意义 （1）可以帮助人们了解各种土壤在发生学上的地位，在土壤分类学中，次生矿物成为鉴别土类的主要依据。 （2）有助于了解土壤一系列理化性状（吸湿性、可塑性、胀缩性、离子吸附性），判断土壤肥力特征。（必须更加关注粘土矿物） 二、土壤矿物质主要元素组成 （一）土壤矿物质元素组成特点 1.土壤矿物质主要元素组成为O、Si、Al、Fe.其中，O+Si=76%, O+Si+Fe+Al=88.7%
第二章：传感器基础试题
复习资料二：传感器技术基础复习题 一、填空题 1、传感器通常由敏感元件和转换元件组成。 2、传感器的分类方法有两种，一种是按被测物理量来分，一种是按传感器的工作原理来分。 3、传感器的静态特性主要由线性度、灵敏度、重复性三种性能来描述。 4、传感器的动态特性主要是最大超调量δp和响应时间ts 5、温度的测量方法，通常按感温元件是否与被测物接触而分为接触式测量和非接触式测量两大类。 6、传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节。 7、接近开关是一种无需与运动部件进行机械接触就可以进行检测的位置开关。 8、按工作原理来分，用于检测各种金属的接近开关是高频振荡型 9、按工作原理来分，用于检测各种导电或不导电的液体或固体的接近开关是电容型 10、按工作原理来分，用于检测所有不透光物质的接近开关是光电型 11、按工作原理来分，用于检测不透过超声波物质的接近开关是超声波型 12、按工作原理来分，用于检测导磁金属的接近开关是霍尔型 二、选择题 1、电阻应变片传感器是利用金属和半导体材料的（ B ）而制成的。 A、光电效应 B、应变效应 C、热敏效应 D、电磁效应 2、热电偶传感器是利用（ C ）的原理而制成的 A、光电效应 B、应变效应 C、热电效应 D、电磁效应 3、传感器是将各种( B )转换成电信号的元件。 A)数字量B)非电量C)直流电量D)交流脉冲量 4、下列传感器中属于模拟量传感器的是( B )。 (A)脉冲编码器(B)热电偶、（C)压力开关(D)温度开关 5、检测各种非金属制品，应选用( A )型的接近开关。 (A)电容(B)永磁型及磁敏元件(C)高频振荡(D)霍尔 6、传感器按信号形式划分有( ABDE )． A、开关量输出 B、模拟量输出c、电阻输出D、数字量输出E、脉冲量输出 7、在恒压供水系统中，安装在出水管上的压力传感器的作用是检测（C ）水压力。 A地下水池 B 天面水池 C 管网D市政进水的 8、有一物体距离20cm不透光，检测选用（B ）传感器 A、电容型 B、光电型 C、霍尔型 D、超声波型 三、判断题 （×）1、力传感器一般由热敏元件、放大器和显示器等组成。 （×）2、传感器的静态特性主要由力学量、电学量和热学量来描述。 （×）3、传感器的的动态特性主要由力学量、电学量和热学量来描述。 （√）4、传感器的静态特性主要由线性度、灵敏度和重复性来描述。 （√）5、传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节。 （√）6、传感器的动态特性主要是最大超调量бp 和响应时间ts (√) 7、接近开关是一种无需与运动部件进行机械接触就可以进行检测的位置开关。 ( ×) 8、热电偶传感器是利用金属导体的阻值随温度变化而变化的原理进行测温的。 ( √) 9、接近开关的用途除行程控制和限位保护外，还可检测金属物品的存在、定位、变换运动方向、液面控制等。 ( √) 10、热电偶主要是利用两种导体的接触电动势来工作的。 三、问答题 1、简述传感器的定义。 传感器的定义是：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。
传感器及其应用第二章习题答案
第章 思考题与习题 1、何为金属的电阻应变效应怎样利用这种效应制成应变片 答：（1）当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。（2）应变片是利用金属的电阻应变效应，将金属丝绕成栅形，称为敏感栅。并将其粘贴在绝缘基片上制成。把金属丝绕成栅形相当于多段金属丝的串联是为增大应变片电阻，提高灵敏度， 2、什么是应变片的灵敏系数它与电阻丝的灵敏系数有何不同为什么 答：（1）应变片的灵敏系数是指应变片安装于试件表面，在其轴线方向的单向应力作用下，应变片的阻值相对变化与试件表面上安装应变片区域的轴向应变之比。 ε R R k /?= （2）实验表明，电阻应变片的灵敏系数恒小于电阻丝的灵敏系数其原因除了粘贴层传递变形失真外，还存在有恒向效应。 3、对于箔式应变片，为什么增加两端各电阻条的截面积便能减小横向灵敏度 答：对于箔式应变片，增加两端圆弧部分尺寸较栅丝尺寸大得多（圆弧部分截面积大），其电阻值较小，因而电阻变化量也较小。所以其横向灵敏度便减小。 4、用应变片测量时，为什么必须采用温度补偿措施 答：用应变片测量时，由于环境温度变化所引起的电阻变化与试件应变所造成的电阻变化几乎有相同的数量级，从而产生很大的测量误差，所以必须采用温度补偿措施。 5、一应变片的电阻 R=120Ω， k=。用作应变为800μm/m 的传感元件。 ①求△R 和△R/R ；②若电源电压U=3V ，求初始平衡时惠斯登电桥的输出电压U 0。 已知：R=120Ω， k =，ε=800μm/m ； 求：①△R=，△R/R=②U=3V 时，U 0= 解①： ∵ ε R R k /?= ∴ Ω =??==??=?==?-1968.012080005.21064.180005.2/3 R k R k R R εε 解②：初始时电桥平衡（等臂电桥） ∵ U R R U ???= 410 ∴ mV U R R U 23.131064.14 14130=???=???= - 6、在材料为钢的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向各贴一片电阻为120Ω的金属应变 片R 1和R 2，把这两应变片接入差动电桥（参看图2-9a ）。若钢的泊松系数μ=，应变片的灵敏系数k =2，电桥电源电压U=2V ，当试件受轴向拉伸时，测得应变片R 1的电阻变化值△R =Ω,试求电桥的输出电压U 0。
第二章 PN结
第二章 PN结 填空题 1、若某突变PN结的P型区的掺杂浓度为N A=1.5×1016cm-3，则室温下该区的平衡多子浓度p p0与平衡少子浓度n p0分别为（）和（）。 2、在PN结的空间电荷区中，P区一侧带（）电荷，N区一侧带（）电荷。内建电场的方向是从（）区指向（）区。 3、当采用耗尽近似时，N型耗尽区中的泊松方程为（）。由此方程可以看出，掺杂浓度越高，则内建电场的斜率越（）。 4、PN结的掺杂浓度越高，则势垒区的长度就越（），内建电场的最大值就越（），内建电势V bi就越（），反向饱和电流I0就越（），势垒电容C T就越（），雪崩击穿电压就越（）。 5、硅突变结内建电势V bi可表为（），在室温下的典型值为（）伏特。 6、当对PN结外加正向电压时，其势垒区宽度会（），势垒区的势垒高度会（）。 7、当对PN结外加反向电压时，其势垒区宽度会（），势垒区的势垒高度会（）。 8、在P型中性区与耗尽区的边界上，少子浓度n p与外加电压V之间的关系可表示为（）。若P型区的掺杂浓度N A=1.5×1017cm-3，外加电压V= 0.52V，则P型区与耗尽区边界上的少子浓度n p为（）。 9、当对PN结外加正向电压时，中性区与耗尽区边界上的少子浓度比该处的平衡少子浓度（）；当对PN结外加反向电压时，中性区与耗尽区边界上的少子浓度比该处的平衡少子浓度（）。 10、PN结的正向电流由（）电流、（）电流和（）电流三部分所组成。 11、PN结的正向电流很大，是因为正向电流的电荷来源是（）；PN结的反向电流很小，是因为反向电流的电荷来源是（）。 12、当对PN结外加正向电压时，由N区注入P区的非平衡电子一边向前扩散，一边（）。每经过一个扩散长度的距离，非平衡电子浓度降到原来的（）。 13、PN结扩散电流的表达式为（）。这个表达式在正向电压下可简化为（），在反向电压下可简化为（）。
自考传感器第二章 同步练习
第二章同步练习 1．压电式位移传感器将( )转化为力。 A.电压 B.电流 C.位移 D.相位差 2．下列传感器中，属于小位移传感器的是( )。 A.磁栅式 B.感应同步式 C.电容式 D.光栅式 3．必须选用屏蔽措施的传感器是( )。 A.电容式 B.互感式 C.电阻应变式 D.涡流式4．必须选用补偿措施的传感器是( )。 A.电容式 B.差动自感式 C.电阻应变式 D.涡流式5．下列传感器中，适于测量大位移的是( )。 A.电容式 B.互感式 C.光栅式 D.涡流式6．感应同步器的作用是测量( )。 A.电压 B.电流 C.位移 D.相位差 7．下列传感器中，属于发电型位移传感器的是( )。 A.自感式 B.压电式 C.电容式 D.电阻应变式8．测量范围大的电容式位移传感器应选用( )。 A.变极板面积型 B.变极距型 C.变介质型 D.容栅型9．下列传感器中，属于大位移传感器的是( )。 A.自感式 B.压电式 C.电容式 D.磁栅式10．涡流式传感器不可测量( )。 A.位移 B.厚度 C.温度 D.振动 11．最常用的测量角位移的电容是( )。 A.平板型 B.圆筒型 C.变介质 D.长容栅12．电感式传感器改善性能不考虑的因素是( )。 A.损耗问题 B.温度误差 C.零点剩余电压 D.线性度13．磁栅式位移传感器不可用于测量( )。 A.线位移 B.角位移 C.速度 D.噪声14．发电型位移传感器有、等。 15．参量型位移传感器有、、、。
16．发电型位移传感器是将被测物理量转换为，如电动势、电荷等。 17．变极距型的电容位移传感器具有较高的，但电容变化与极距变化之间为关系。 18．涡流位移传感器主要分为和两大类。 19．动态磁头有绕组。 20．激光测量系统由、和光电转换元件构成。 21．差动变压器式传感器的分辨力可达，可以直接用于位移测量，也可以测量与位移有关的任何机械量，如、、等。 22．参量型位移传感器将被测物理量转化为电参数，即、、等。 23．激光干涉式测长传感器分为和。 24.在测量线位移的传感器中，结构简单、灵敏度高、不受油污等介质影响，并能进行非接触测量的传感器是( ) 。 A.电容式 B.电阻式 C.压电式 D.电涡流式 25.什么是差动变压器式位移传感器的零点残余电压?零点残余电压的存在对传感器的工作性能有何影响? 26.有一变极距型电容传感器，两极板的重合面积为8cm2，两极板间的距离为1mm，已知空气的相对介电常数为1.0006，试计算该传感器的位移灵敏度。 27.一电容测微仪，其传感器的圆形极板半径Rr=4mm，工作初始间隙δ=0.3mm，问：(1）工作时，如果传感器的工作间隙变化量Δδ=±1μm时，电容变化量是多少？(2）如果测量电路的灵敏度S1=100mV/pF，读数仪表的灵敏度S2=5格/mV，在Δδ=±1μm时，读数仪表的指示值变化多少格？ 28．一变极板面积型电容位移传感器的初始电容为20μF，求当角位移为θ=π/4时的电容为多少？
第二章 传感器的特性
第二章传感器的特性 ?测量系统（检测系统）的特性跟传感器的特性几乎一样，因为传感器和测量系统都是用来对输入信号进行测量的，传感器可以看作是测量系统的一个部件（子系统），而传感器本身也可以看作是一个系统，因为一个完整的传感器也是由多个部件（子系统）组成的。 ?传感器特性主要是指输入与输出之间的关系。研究传感器的特性，以便用理论指导其设计、制造、校准和使用。 ?当输入量为常量，或变化极慢时，这一关系称为静态特性； ?当输入量随时间较快地变化时，这一关系称为动态特性。 ?传感器输出与输入关系可用微分方程来描述。理论上，将微分方程中的一阶及以上的微分项取为零时，即得到静态特性。因此，传感器的静态特性只是动态特性的一个特例。 ?实际上传感器的静态特性要包括非线性和随机性等因素，如果把这些因素都引入微分方程，将使问题复杂化。为避免这种情况，总是把静态特性和动态特性分开考虑。 ?传感器除了描述输入输出关系的特性之外，还有与使用条件、使用环境、使用要求等有关的特性。 ?传感器的输入与输出具有的确定对应关系最好呈线性关系。但一般情况下，输入输出不会符合所要求的线性关系，同时由于存在迟滞、蠕变、摩擦、间隙和松动等各种因素以及外界条件的影响，使输入输出对应关系的唯一确定性也不能实现。 ?第一节传感器的静态特性 ?传感器的静态特性表示输入量（被测量）x不随时间变化，输出量y与输入量x之间的函数关系。通常表示为 ?式中：a i——传感器的标定系数，反映了传感器静态特性曲线的形态。 ?上述静态模型有三种特殊形式： ?（1）线性特性。线性传感器有另种情况： ?①若，特性曲线是一条不过零的直线。 ?②若，特性曲线是一条过零的直线，这是理想的传感器应具有的特性，只有具备这样的特性才能正确无误地反映被测量的真值。 ?（2）仅有偶次非线性项。因为它没有对称性，所以线性范围较窄。 ?（3）仅有奇次非线性项。具有这样特性的传感器一般输入量x在相当大的范围内具有较宽的准线性，这是较接近理想线性的非线性特性。它相对坐标原点是对称的，即 ?所以它具有相当宽的近似线性范围。 ?1．测量范围和量程 ?传感器所能测量到的最小被测量（输入）与最大被测量（输入）之间的范围称为传感器的测量范围（Measuring Range），表示为（，）。传感器测量范围的上限值与下限值之差 - 称为量程（Span）。 ?例如，某温度传感器的测量范围是-30~ +120℃，那么该传感器的量程为150℃。 ?在实际应用中，传感器的量程选择是一个简单却需要特别注意的问题。一般的传感器产品所给出的精度都是针对满量程的相对值，如0.1％FS，因此实际使用时越接近满量程，其测量准确度越高。 ?2．线性度（Linearity） ?理想的传感器静态特性曲线是一条直线。而实际传感器的输入输出关系或多或少地存在非线
传感器第二章试卷
一、单项选择题 1、电阻式传感器是将被测量的变化转换成（D）变化的传感器。 A.电子 B.电压 C.电感 D.电阻 2、电桥测量电路的作用是把传感器的参数变化为（ C ）的输出。 A．电阻 B．电容 C．电压 D．电荷 3、半导体应变片具有（ A ）等优点。 A．灵敏度高 B．温度稳定性好 C．参数一致性高 D．接口电路简单 4、当半导体材料某一轴向受外力作用时，其电阻率发生变化的现象，称（ B ） A.光电效应 B.压阻效应 C.压电效应 D.霍尔效 5、导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值发生相应变化的现象，称（ A ） A. 应变效应 B.光电效应 C.压电效应 D.霍尔效应 6、温度误差的线路补偿法是利用电桥( B )实现的。 A.相邻桥臂同变输入电压相加 B.相邻桥臂差变输入电压相减 C.相对桥臂同变输入电压相加 D.相对桥臂差变输入电压相加 7、利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小(C ) A.两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片 B.两个桥臂都应当用两个工作应变片串联 C.两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片 D.两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片 8、按输出信号的性质分类，应变式位移传感器是一种（A） A．模拟量传感器 B 计数型传感器 C 代码型传感器 D 开关型传感器 9、下列传感器，不适合于静态位移测量的事（D） A 压电式位移传感器B电感式位移传感器 C电涡流式位移传感器D压电式位移传感器A和D不是一样？ 10、半导体热敏电阻率随着温度上升，电阻率( B ) A.上升 B.迅速 C.保持不变 D.归零 二、判断题 1、采用几个热电偶串联的方法测量多点的平均温度，当有一只热电偶烧断时，不能够很快地觉察出来。（×） 2、在固态压阻传感器测量电路中恒压源和恒流源供电均与电流大小、精度及温度有关。（×） 3、热回路的热电动势的大小不仅与热端温度有关，而且与冷端温度有关。（√） 4、在典型噪声干扰抑制方法中，差分放大器的作用是抑制共模噪声。(√ ) 5、将电阻应变片贴在弹性元件上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器。(√ ) 6、在电阻应变片公式，dR/R=(1+2μ)ε+λEε中，λ代表电阻率。（×） 7、结构型传感器是依靠传感器材料物理特性的变化实现信号变换的。（×） 8、信号传输过程中，产生干扰的原因是.干扰的耦合通道(√ ) 9 、常用于测量大位移的传感器有应变电阻式。( × ) 10、差动电桥由环境温度变化引起的误差为0。(√ ) 三、问答题 1.简述应变片在弹性元件上的布置原则，及哪几种电桥接法具有温度补偿作用。 答原则有： (1)贴在应变最敏感部位，使其灵敏度最佳； (2)在复合载荷下测量，能消除相互干扰； (3)考虑温度补偿作用；
第二章 土壤质地
第二章土壤质地 第一节矿物质土粒a 第二节土壤质地 关键词 土壤粒级soil separates 土壤质地soil texture 土壤机械组成mechanical composition 教学重点 掌握粒级、土壤质地的概念 了解不同粒径矿质土粒地矿物组成，化学组成及元素组成上的变化规律。 了解各国土壤质地的分类标准。 掌握各种质地的农业生产性状及利用改良。 第一节土壤矿物质土粒 一、土壤矿物质土粒的分级 二、矿物土粒的特性 三、不同粒级土粒的特性 一、土壤矿物质土粒的分级 土壤粒级根据矿物颗粒直径大小，将大小相近、性质相似的加以归类、分级。同组土粒在成分上，性质上基本一致，组间则有明显的变化。 土粒分级 土壤颗粒分级：(mm) 直径国际制美国制卡庆斯制中国制 石砾>2 >2 > 1 >1 砂粒2-0.02 2-0.05 1-0.05 1-0.05 粉粒0.02-0.002 0.05-0.002 0.05-0.001 0.05-0.002 粘粒＜0.002 ＜0.002 ＜0.001 ＜0.002 物理性砂粒：1-0.01mm 物理性粘粒：＜0.01mm 砂粒、粉粒、粘粒 二、矿物土粒的特性 （一）矿物成分不同 各级土粒的矿物组成
在一般情况下，土粒愈大石英含量愈多，长石次之。随土粒由粗变细，石英的数量大大减少，长石的含量也有所降低，而云母、角闪石和其它矿物的含量则相应增加。 （二）化学成分不同 各级土粒的化学组成（%） （三）各种粒级的水分物理性质 不同粒级土粒的水分物理性质 土壤颗粒粒级与理化性状的关系图式 (据Pierzynski，2000) 综上所述，不同大小的矿物质颗粒，它们组成上和性质上有很大差异，对于土壤性状的影响也是千差万别的。由于颗粒大小的变化上是连续的，所以在实际应用和科学研究上，就把这些不同大小的矿物质颗粒归纳为石砾（gravel）、砂粒（sand）、粉粒（silt）、粘粒（clay ）四组。 小结 土粒分级的概念 各国土粒的分级标准（4种） 矿物土粒的特性（3个特性） 不同粒级土粒的特性 第二节土壤质地 一、质地概念及分类 二、不同质地的农业生产性状 三、土壤质地的层次性 四、不良质地的改良 一、土壤质地的概念与分类 （一）土壤质地概念 土壤质地是指土壤中各粒级占土壤重量的百分比组合。 土壤机械组成：土壤的不同级别颗粒的含量分布。 国际制分类的标准是：（1）以粘粒含量15%作为砂土类和壤土类同粘壤土类的划分界限；以粘粒含量25%为粘壤土类同粘土类的划分界限。（2）以粉砂粒含量达45%以上作为“粉砂质”土壤的定名标准。（3）以砂粒含量达85%以上为划分砂土类的界限；砂粒含量在55%～85%时，作为“砂质”土壤定名标准。 2、美国土壤质地分类制
半导体物理第二章 PN结习题
第二章 PN 结 2-1．P N +结空间电荷区边界分别为p x -和n x ，利用T V V i e n np /2=导出一般情况下的 )(n n x p 表达式。给出N 区空穴为小注入和大注入两种情况下的)(n n x p 表达式。 2-2．热平衡时净电子电流或净空穴电流为零，用此方法推导方程 20ln i a d T p n n N N V =-=ψ ψψ。 2-3．根据修正欧姆定律和空穴扩散电流公式证明，在外加正向偏压V 作用下，PN 结N 侧 空穴扩散区准费米能级的改变量为qV E FP =?。 2-4． 硅突变结二极管的掺杂浓度为：31510-=cm N d ，320104-?=cm N a ，在室温下计算： （a ）自建电势（b ）耗尽层宽度 （c ）零偏压下的最大内建电场。 2–5．若突变结两边的掺杂浓度为同一数量级，则自建电势和耗尽层宽度可用下式表示 )(2) (02 d a p n d a N N K x x N qN ++=εψ ??? ???+=)(200d a a a n N N qN N K x ψε 2 100)(2? ? ? ???+=d a a d p N N qN N K x ψε 试推导这些表示式。 2–6．推导出线性缓变P N 结的下列表示式：（a ）电场（b ）电势分布（c ）耗尽层宽度（d ） 自建电势。 2-7．推导出N N +结（常称为高低结）内建电势表达式。 2-8．（a ）绘出图2-6a 中3 1410-=cm N BC 的扩散结的杂质分布和耗尽层的草图。解释为何耗 尽层的宽度和R V 的关系曲线与单边突变结的情况相符。 （b ）对于3 1810-=cm N m 的情况，重复（a ）并证明这样的结在小R V 的行为像线性结， 在 大R V 时像突变结。 2-9． 对于图2-6（b ）的情况，重复习题2-8。 2–10．（a ）P N 结的空穴注射效率定义为在0=x 处的0/I I p ，证明此效率可写成 n p p n p L L I I σσγ/11 +== （b ）在实际的二极管中怎样才能使γ接近1； 2-11．长PN 结二极管处于反偏压状态，求： （1）解扩散方程求少子分布)(x n p 和)(x p n ，并画出它们的分布示意图。
半导体第2章PN结总结
第二章 PN结 1. PN结：由P型半导体和N型半导体实现冶金学接触（原子级接触）所形成的结构。 任何两种物质（绝缘体除外）的冶金学接触都称为结（junction）,有时也叫做接触（contact）。 2. PN结是几乎所有半导体器件的基本单元。除金属－半导体接触器件外，所有结型器件都由PN结构成。 3. 按照杂质浓度分布，PN 结分为突变结和线性缓变结. 突变结杂质分布线性缓变结杂质分布 4. 空间电荷区：PN结中，电子由N区转移至P区，空穴由P区转移至N区。电子和空穴的转移分别在N区和P区留下了未被补偿的施主离子和受主离子。它们是荷电的、固定不动的，称为空间电荷。空间电荷存在的区域称为空间电荷区。
5. 建电场：P区和N区的空间电荷之间建立了一个电场——空间电荷区电场，也叫建电场。 PN结自建电场：在空间电荷区产生 缓变基区自建电场：基区掺杂是不均匀的，产生出一个加速少数载流子运动的电场，电场沿杂质浓度增加的方向，有助于电子在大部分基区围输运。 大注入建电场：在空穴扩散区（这有利于提高BJT的电流增益和频率、速度性能）。 6. 建电势差：由于建电场，空间电荷区两侧存在电势差，这个电势差叫做建电势差（用 表示）。 7. 费米能级：平衡PN结有统一的费米能级。 准费米能级：当pn结加上外加电压V后，在扩散区和势垒区围，电子和空穴没有统一的费米能级，分别用准费米能级。 8. PN结能带图 热平衡能带图
平衡能带图 非平衡能带图 正偏压：P正N负 反偏压：P负N正 9. 空间电荷区、耗尽区、势垒区、中性区 势垒区：N区电子进入P区需要克服势垒，P区空穴进入N区也需要克服势垒。于是空间电荷区又叫做势垒区。 耗尽区：空间电荷区的载流子完全扩散掉，即完全耗尽，空间电荷仅由电离杂质提供。这时空间电荷区又可称为“耗尽区”。 中性区：PN结空间电荷区以外的区域(P区和N区)。 耗尽区主要分布在低掺杂一侧，重掺杂一边的空间电荷层的厚度可以忽略。 10. 单边突变结电荷分布、电场分布、电势分布