6.1传感器及其工作原理
【学习目标】
1.了解传感器的定义，感受传感器的应用技术在信息时代的作用与意义．
2．知道将非电学量转化为电学量的意义．
3．了解光敏电阻、热敏电阻和霍尔元件的性能、工作原理及作用． 【知识梳理】
一、传感器
1．传感器：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等 ，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等 ，或转换为 的元件． 2．非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以方便地进行 、传输、 和 ．
二、对敏感元件的认识
1．光敏电阻
(1)特点：光照越强，电阻 ．
(2)原因：无光照时，载流子极 ，导电性能 ；随着光照的增强，载流子 ，导电性 ．
(3)作用：把 这个光学量转换为 这个电学量．
2．热敏电阻
热敏电阻由半导体材料制成，其电阻值随温度的变化明显，温度升高电阻 ，如图所示为某一热敏电阻的电阻值随温度变化的特性曲线． 3．金属热电阻
有些金属的电阻率随温度的升高而 ，这样的电阻也可以制作温度传感器，称为热电阻，如图所示为某金属导线电阻的温度特性曲线．
4．霍尔元件
(1)构造(如图所示)很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极E、F、M、N.(2)霍尔电压E、F间通入恒定电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，则M、N间出现霍尔电压UH，UH＝k.d为薄片厚度，k为霍尔系数．一个霍尔元件的d、k为定值，若保持I恒定，则UH的变化就与B成 比．
(3)作用
把 这个磁学量转换为 这个电学量．
【课堂互动探究】
探究一 光敏电阻、热敏电阻的特性
[问题设计]
晚上上楼时，随着发出的脚步声响，楼梯灯亮了；登上一楼，灯光照亮一楼，而身后的灯则依次熄灭，这种楼梯灯好像能“听到”我们的到来，能“看见”我们的离去，其中的原因是什么呢？
[要点突破]
1．半导体的导电原理
如图是硅原子排列示意图，每个原子的最外层有4个电子。由于热运动或其他原因，其中极少数电子可能获得较大的能量，挣脱原子的束缚而成为自由电子。这样，在原来的地方就留下一个空位，称为“空穴”。空穴相当于一个正电荷。当这个空穴由附近原子中的电子来填补时，就出现了一个新的空穴，这种变化相当于空穴在移动。 如果有了外电场，自由电子和空穴会向相反的方向做定向移动，于是在半导体中形成了电流。自由电子和空穴都叫作载流子。
当半导体材料受到光照或者温度升高时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，半导体中会有更多的载流子，于是导电性能明显地增强。
2．光敏电阻的特性
(1)阻值特点：阻值随光照强度的增大而减小。
(2)导电机理：光敏电阻一般由半导体材料做成，当半导体材料受到光照而温度升高时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，导电性能变好，电阻变小。
3．热敏电阻的特性
(1)热敏电阻的特性
热敏电阻可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻，正温度系数的热敏电阻随温度升高阻值增大，负温度系数的热敏电阻随温度升高阻值减小。
(2)热敏电阻阻值变化的原因
对于负温度系数的热敏电阻，温度升高时，有更多的电子获得能量成为自由电子，同时空穴增多，即载流子数增多，于是导电性明显地增强，阻值减小。
【例题1】 (多选)如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时( )
A．电压表的示数增大 B．R2中电流减小
C．小灯泡的功率增大 D．电路的路端电压增大
点拨：R3的变化→R并变化→R总变化→I总变化→U端变化→各电流、电压的变化。
题后反思 熟知光敏电阻与热敏电阻的特性是解决此类问题的关键，即光敏电阻的阻值随光照的增强而减小；热敏电阻的阻值随温度的升高，负温度系数的电阻减小、正温度系数的电阻增大。
探究二 正确理解霍尔元件及工作原理
[问题设计]
在汽车点火系统中，设计者将霍尔传感器放在分电器内取代机械断电器，用作点火脉冲发生器。这种霍尔式点火脉冲发生器随着转速变化的磁场在带电的半导体层内产生脉冲电压，控制电控单元(ECU)的初级电流。想想看，霍尔式点火脉冲发生器与传统点火系统比较，有什么优点呢？
[要点突破]
1．霍尔效应：如图所示，厚度为h，宽度为d的导体放在与之垂直的磁感应强度为B的均匀磁场中，当电流通过导体时，在导体的上侧面A与下侧面A′之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。
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