利用这种效应制成的电阻称为固态压敏电 阻，也叫力敏电阻。用压敏电阻制成的器件有 两类：一种是利用半导体材料制成黏贴式的应 变片；另一种是在半导体的基片上用集成电路 的工艺制成扩散型压敏电阻，用它作传感器元 件制成的传感器，称为固态压阻式传感器，也 叫扩散型压阻式传感器。
2. 体型半导体电阻应变片
这种半导体应变片是将单晶硅锭切片、研磨、腐蚀压焊引线， 最后粘贴在锌酚醛树脂或聚酰亚胺的衬底上制成的。体型半导体 应变片可分为6种。
四个电阻的配置位置：
按膜片上径向应力σr和切向应力σt的分布情况确定。
r
3p 8h2
[(1)r02
(3)r2]
t
3p 8h2
[(1
)r0，适当安排电阻的位置，可以组成差动电桥。
3.2 扩散型压阻式压力传感器特点
优点：体积小，结构比较简单，动态响应也好， 灵敏度高，能测出十几帕的微压，长期稳定性好， 滞后和蠕变小，频率响应高，便于生产，成本低。
压阻式传感器的灵敏系数大，分辨率高。频率响应高，体 积小。它主要用于测量压力、加速度和载荷等参数。
因为半导体材料对温度很敏感，因此压阻式传感器的温度 误差较大，必须要有温度补偿。
1.1压阻效应
RR(1)
金属材料
半导体材料
半导体电阻率
＝
l
lEe
l
l
πl为半导体材料的压阻系数，它与半导体材料种类及应力方向 与晶轴方向之间的夹角有关；E为半导体材料的弹性模量，与晶向有关。
其最大的缺点是温度稳定性差、灵敏度离散程度大（由于晶 向、杂质等因素的影响）以及在较大应变作用下非线性误差大等， 给使用带来一定困难。
3. 扩散型压阻式压力传感器
在弹性变形限度内，硅的压阻效应是可逆的，即在应力作用下硅 的电阻发生变化，而当应力除去时，硅的电阻又恢复到原来的数值。 硅的压阻效应因晶体的取向不同而不同，即对不同的晶轴方向其压阻 系数不同。虽然半导体压敏电阻的灵敏系数比金属高很多，但是有时 还是不够。因此为了进一步增大灵敏度，压敏电阻常常扩散（安装） 薄的硅膜上，让硅膜起一个放大作用。
基座
a
应变梁
质量块
5. 压阻式传感器的测量电路
5.1 压阻式传感器的测量电路
（1）恒压源供电
假设四个扩散电阻的起始阻值都相等且为R，当有
应力作用时，两个电阻的阻值增加，增加量为DR，
两个电阻的阻值减小，减小量为-DR；另外由于温
度影响，使每个电阻都有DRT的变化量。根据图，
电桥的输出为
A
UscUBDRRU(RRTRRRTR)RT
2.1 结构型式及特点
主要优点
• 灵敏系数比金属电阻应变片的灵敏系数大数十倍 • 横向效应和机械滞后极小 • 温度稳定性和线性度比金属电阻应变片差得多
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
半导体应变片的结构形式
1-P型单晶硅条 2-内引线 3-焊接电极 4-外引线
2.2 测量电路
如RT≠0时，则Usc与RT有关，也就是说与温度有 关，而且与温度的关系是非线性的，所以用恒压源供 电时，不能消除温度的影响。
RR(1l E)
对半导体材料而言，πl E >>(1+μ)，故(1+μ)项可以忽略
RRl El
半导体材料的电阻值变化，主要是由电阻率变化引起的，而电阻率ρ的 变化是由应变引起的。
半导体单晶的应变灵敏系数可表示
KR/RlE
半导体的应变灵敏系数还与掺杂浓度有关，它随杂质的增加而 减小
1.2 压敏电阻分类
压阻式传感器
1. 半导体的压阻效应 2. 体型半导体应变片 3. 扩散型压阻式压力传感器 4. 压阻式加速度传感器 5. 压阻式传感器的测量电路 6. 压阻式传感器的应用
1. 半导体的压阻效应
固体材料受到压力后，它的电阻率将发生一定的变化，所 有的固体材料都有这个特点，其中以半导体最为显著。 当半导体材料在某一方向上承受力时，它的电阻率将 发生显著变化，这种现象称为半导体压阻效应。
3.1 结构类型
压阻式压力传感器结构简图 1—低压腔 2—高压腔 3—硅杯 4—引线 5—硅膜片
采用N型单晶硅为传感器的弹性元件，在它上面直
接蒸镀半导体电阻应变薄膜
工作原理：
膜片两边存在压力差时，膜片产生变形，膜片上各点产生应力。四 个电阻在应力作用下，阻值发生变化，电桥失去平衡，输出相应的电压， 电压与膜片两边的压力差成正比。
①普通型:它适合于一般应力测量； ②温度自动补偿型：它能使温度引起的导致应变电阻变化的各种 因素自动抵消，只适用于特定的试件材料； ③灵敏度补偿型：通过选择适当的衬底材料（例如不锈钢），并 采用稳流电路，使温度引起的灵敏度变化极小； ④高输出（高电阻）型：它的阻值很高（2～10千欧）,可接成电桥 以高电压供电而获得高输出电压，因而可不经放大而直接接入指示仪表。 ⑤超线性型:它在比较宽的应力范围内,呈现较宽的应变线性区域， 适用于大应变范围的场合； ⑥P-N组合温度补偿型:它选用配对的P型和N型两种转换元件作为 电桥的相邻两臂，从而使温度特性和非线性特性有较大改善。
U(RRRT)
RRRT RRRT
R -R +RT
R +R +RT
B
R +R +RT D
U
R +R +RT
R
C
整理后得
Usc U RRT
Usc
如 RT = 0，即没有温度影响，则
Us c
U
R R
此式说明电桥输出与R/R成正比，即与被测量成 正比；同时又与U成正比，表明电桥的输出与电源电 压的大小与精度都有关。
恒压源
U 0U R /R ( R t)
电桥输出电压与ΔR / R成正比，输出电压受环境温度的影响。
恒流源
U0 IR
电桥输出电压与ΔR成正比，环境温度的变化对其没有影响。
2.3 半导体应变片的优缺点
半导体应变片最突出的优点是灵敏度高，这为它的应用提供 了有利条件。另外，由于机械滞后小、横向效应小以及它本身体 积小等特点，扩大了半导体应变片的使用范围。
测量准确度受到非线性和温度的影响。智能压阻 式压力传感器利用微处理器对非线性和温度进行 补偿。
4. 压阻式加速度传感器
压阻式加速度传感器利用单晶硅作为悬臂梁， 如图所示。在其根部扩散出四个电阻，当悬臂梁 自由端的质量块受有加速度作用时，悬臂梁受到 弯矩作用，产生应力，使扩散四电个阻电阻阻值发生变化。