第四节 集成传感器应用实例
? 在液晶显示器中的应用
一、液晶显示与背光照明
优点,平面、轻薄、低电压、低功耗。
应用,电脑、液晶电视、仪表、便携仪器 。
两种,1） 薄膜晶体管（ TFT）
2） 有源液晶显示器（ AMLCD） 。
有 透射式 （ 有背光 ）,反射式, 投影式
透射式有源液晶显示器（ AMLCD） 为例：
主要分 4个部分：
液晶盒 均光系统
背光源
反射板 背光模块
? 背光模块中，主要部件：
冷阴极荧光灯（ CCFL） 。
特点,光谱特性适合作背光灯，但易受温
度影响。
? 改善 CCFL的低温特性方法：
1）过功率法,刚启动几秒，加大功率，使
灯的温度迅速提高。
2）预热法,外部加热使灯管壁的温度升高。
此外，为使亮度最大，用 辅助温度控制 的
方法，使灯管温度保持在 Topt=40℃ 附近。
图 5-16
CCFL的电特性：
? 与齐纳二极管的伏安特性相似：
启动
二、背光模块的温度控制
? CCFL的最佳温度工作点,Topt=40℃
分几段控制灯管壁的温度,
1）小于 37 ℃,加热控制在 38~42 ℃ 。
2）大于 45 ℃,风冷控制自身温升。
3）大于 50 ℃,半导体制冷器件强制制冷。
最终，控制在 30~50 ℃,控制原理框图如
下。
? 制冷有风扇和散热器配合，一旦风扇故
障，半导体致冷器件应该关闭，以免损
坏,用 开关磁敏传感器 CS837检测。
32K
0.1uf
AD590实现温控电路分析（ 图 b）
? 调节 Rw，使 Rw+R1=100k,则 UT的温度
系数为,0.1V/℃,
? 调节 Us2，使 温度 T=10 ℃ 时,UT =0；
温度 T=60 ℃ 时,UT =5V；
则,UT=5X(T-10)/(60-10)=(T/10)-1 ***
R3,R4,R5分压，使 U1=4V(T=50 ℃ )
(书中有误 ） U2=3.5V(T=45 ℃ )
Uout1加热； Uout2制冷； Uout3风扇。
风扇状态检测电路分析
? 通过 CS837在风扇交流磁场中产生连续
脉冲的原理，检测脉冲的丢失，以判断
风扇是否正常工作（类似 Watchdog）。
电路波形：
三,CCFL的亮度控制
前面的 逆变器,即 自激推挽式 DC-AC生压变
换电路。
CCFL亮度驱动电路如下：
? 亮度自动调节方法,电流控制或 PWM调
制法。
? 亮度反馈,一次或二次侧电流，但可信
度差。
直接测量 CCFL的亮度作为反馈
? 用 OPT301型集成光敏传感器,TO封装
亮度测量与控制电路分析：
? 原理,通过反馈电阻 R1,R2进行 2档亮度
设定，通过比较器和放大器控制 逆变器
的 原边电流,实现亮度控制。
? 作业,1.参见图 5-3集成压敏传感器测量电
路，根据式 5-8计算当
Up=2V,Ua=0.6V,Cp=3pF,C0=1.7pF,一个大气
压（ 1.33X10-3 Pa)下,Cx=3.1pF,则 U0=？
2.见图 5-10b,用两点校正法，若测温
范围为 -50~+150℃ ；对应输出电压为
0~10V,则输出温度系数为多少？
3.开关型集成磁敏传感器的滞环特
性是如何形成的?有什么好处?
4.结合书中图 5-19和 5-20说明 CCFL
的温度控制原理和风扇监测原理。
第六章 化学传感器
? 能将化学物质 特性的变化 定性 或 定量 地转
换成 电信号 。如：气体、离子、湿度等。
第一节 离子敏传感器
一,MOS场效应管
非饱和区,UDS<UGS-UT
ID=β (UGS-UT- UGS /2) UDS (6-1)
饱和区,UDS≥UGS-UT
ID=β (UGS-UT)2/2 (6-2)
当 UGS和 UDS恒定时，电流 ID只与 UT有关 。
二、离子敏场效应管（ ISFET)
由离子 选择膜 （敏感膜）和 转换器 构成 。
? 如图 6-2b，若加入 UGS,则，在待测液体
和敏感膜的 交界处 产生 界面电位 φi,大小
与溶液的离子 活动度 αi有关。
? 若参比电极的电位为 φref,则等效的阈
值电压为 UT’,有：
UT’= φi +φref- UT （ 6-10）
由上述分析，在 UGS（ φref）,UDS 不变
的情况下，电流 ID与溶液的离子活动度 αi
有关。
其它公式自阅。
? 离子敏场效应管除了具有场效应管的优
点外，还应具有敏感元件的一些特性：
1）线性度,测量范围内电流 ID和溶液中离
子浓度的变化的对应特性。
2）动态响应,离子活动度阶跃变化时的输
出特性。
3）迟滞特性,离子浓度由 高变低 和由 低变
高 的输出重复程度。
4）选择系数,待测溶液中，其它离子的扰
动影响系数 Kij.
特性曲线：在 ID（ IDS)不变情况下
? 在液晶显示器中的应用
一、液晶显示与背光照明
优点,平面、轻薄、低电压、低功耗。
应用,电脑、液晶电视、仪表、便携仪器 。
两种,1） 薄膜晶体管（ TFT）
2） 有源液晶显示器（ AMLCD） 。
有 透射式 （ 有背光 ）,反射式, 投影式
透射式有源液晶显示器（ AMLCD） 为例：
主要分 4个部分：
液晶盒 均光系统
背光源
反射板 背光模块
? 背光模块中，主要部件：
冷阴极荧光灯（ CCFL） 。
特点,光谱特性适合作背光灯，但易受温
度影响。
? 改善 CCFL的低温特性方法：
1）过功率法,刚启动几秒，加大功率，使
灯的温度迅速提高。
2）预热法,外部加热使灯管壁的温度升高。
此外，为使亮度最大，用 辅助温度控制 的
方法，使灯管温度保持在 Topt=40℃ 附近。
图 5-16
CCFL的电特性：
? 与齐纳二极管的伏安特性相似：
启动
二、背光模块的温度控制
? CCFL的最佳温度工作点,Topt=40℃
分几段控制灯管壁的温度,
1）小于 37 ℃,加热控制在 38~42 ℃ 。
2）大于 45 ℃,风冷控制自身温升。
3）大于 50 ℃,半导体制冷器件强制制冷。
最终，控制在 30~50 ℃,控制原理框图如
下。
? 制冷有风扇和散热器配合，一旦风扇故
障，半导体致冷器件应该关闭，以免损
坏,用 开关磁敏传感器 CS837检测。
32K
0.1uf
AD590实现温控电路分析（ 图 b）
? 调节 Rw，使 Rw+R1=100k,则 UT的温度
系数为,0.1V/℃,
? 调节 Us2，使 温度 T=10 ℃ 时,UT =0；
温度 T=60 ℃ 时,UT =5V；
则,UT=5X(T-10)/(60-10)=(T/10)-1 ***
R3,R4,R5分压，使 U1=4V(T=50 ℃ )
(书中有误 ） U2=3.5V(T=45 ℃ )
Uout1加热； Uout2制冷； Uout3风扇。
风扇状态检测电路分析
? 通过 CS837在风扇交流磁场中产生连续
脉冲的原理，检测脉冲的丢失，以判断
风扇是否正常工作（类似 Watchdog）。
电路波形：
三,CCFL的亮度控制
前面的 逆变器,即 自激推挽式 DC-AC生压变
换电路。
CCFL亮度驱动电路如下：
? 亮度自动调节方法,电流控制或 PWM调
制法。
? 亮度反馈,一次或二次侧电流，但可信
度差。
直接测量 CCFL的亮度作为反馈
? 用 OPT301型集成光敏传感器,TO封装
亮度测量与控制电路分析：
? 原理,通过反馈电阻 R1,R2进行 2档亮度
设定，通过比较器和放大器控制 逆变器
的 原边电流,实现亮度控制。
? 作业,1.参见图 5-3集成压敏传感器测量电
路，根据式 5-8计算当
Up=2V,Ua=0.6V,Cp=3pF,C0=1.7pF,一个大气
压（ 1.33X10-3 Pa)下,Cx=3.1pF,则 U0=？
2.见图 5-10b,用两点校正法，若测温
范围为 -50~+150℃ ；对应输出电压为
0~10V,则输出温度系数为多少？
3.开关型集成磁敏传感器的滞环特
性是如何形成的?有什么好处?
4.结合书中图 5-19和 5-20说明 CCFL
的温度控制原理和风扇监测原理。
第六章 化学传感器
? 能将化学物质 特性的变化 定性 或 定量 地转
换成 电信号 。如：气体、离子、湿度等。
第一节 离子敏传感器
一,MOS场效应管
非饱和区,UDS<UGS-UT
ID=β (UGS-UT- UGS /2) UDS (6-1)
饱和区,UDS≥UGS-UT
ID=β (UGS-UT)2/2 (6-2)
当 UGS和 UDS恒定时，电流 ID只与 UT有关 。
二、离子敏场效应管（ ISFET)
由离子 选择膜 （敏感膜）和 转换器 构成 。
? 如图 6-2b，若加入 UGS,则，在待测液体
和敏感膜的 交界处 产生 界面电位 φi,大小
与溶液的离子 活动度 αi有关。
? 若参比电极的电位为 φref,则等效的阈
值电压为 UT’,有：
UT’= φi +φref- UT （ 6-10）
由上述分析，在 UGS（ φref）,UDS 不变
的情况下，电流 ID与溶液的离子活动度 αi
有关。
其它公式自阅。
? 离子敏场效应管除了具有场效应管的优
点外，还应具有敏感元件的一些特性：
1）线性度,测量范围内电流 ID和溶液中离
子浓度的变化的对应特性。
2）动态响应,离子活动度阶跃变化时的输
出特性。
3）迟滞特性,离子浓度由 高变低 和由 低变
高 的输出重复程度。
4）选择系数,待测溶液中，其它离子的扰
动影响系数 Kij.
特性曲线：在 ID（ IDS)不变情况下
