当前课程知识点：微机电系统技术及应用 > 微压阻式压力传感器 > 应变器在膜片上的布置 > 应变器在膜片上的布置
好 我们知道了可以在膜片上
制备两个金属应变器构成半桥
或者四个半导体应变器构成全桥
那么这些应变器在膜片上怎么布置
才能使电桥输出信噪比最高
为了分析这个问题
我们要做两个假设
第一 我们要假设应变器相对于膜片来说非常薄
因而它们不会影响膜片的弯曲
也就是说膜片的弯曲仅由两边的压差决定
第二 应变器所承受的应变
就是应变器所在膜片位置上的应变
这样应变器检测的就是膜片的应变
在这个假设下
我们来看圆形膜片的情况
前面分析知道
在圆形膜片中心
径向应变和切向应变都为正的最大值
在膜片边缘
切向应变为0
径向应变为负的最大值
假设惠斯通电桥中
R1和R2在一个分压器上
R3和R4在另一个分压器上
如果R1和R4以相同方式增大
R2和R3以相同方式减小
就可以构成全桥
我们可以让惠斯通电桥中的
R1和R4靠近膜片中心
沿切向放置
这样在其长度方向上受切向应力的拉伸
宽度方向上受径向应力的拉伸
因为在中心附近
切向应力大于径向应力
因此表现为长度拉伸 电阻增大
将R2和R3布置在膜片边缘
沿径向布置
这样其长度方向上受径向应力的压缩
宽度方向上受切向应力拉伸可以忽略
所以电阻减小
也可以把四个应变器都布置在边缘
R1和R4沿切向布置
宽度方向上受径向应力压缩
长度方向受切向应力拉伸
所以电阻增大
R2和R3沿径向
长度方向上受径向应力压缩
宽度方向受切向应力拉伸可以忽略
所以电阻减小
同样可以构成全桥
前面讲过 金属应变器适合布置成半桥
可以在膜片中心沿切向布置一个应变器
在膜片边缘沿径向布置一个应变器
这样当膜片弯曲时
中心和边缘的应变器承受的应变最大
并且中心切向应变器承受拉伸应变
边缘径向应变器承受压缩应变
变化相反
因此输出信号最大
前面讲过
半导体压阻效应与晶向和掺杂类型 掺杂浓度有关
采用(100)硅片
沿[110]方向进行p型掺杂制作半导体应变器
可以得到最大的压阻效应
前面还讲过
正方形膜片的应变分布
和圆形膜片的应变分布特征相同
可以在(100)硅片上
加工出四边都沿[110]方向的正方形膜片
注意 在(100)硅片上
所有垂直和平行于主参考方向的都是[110]方向
在膜片边缘制备四个p型应变器
其中一对应变器平行于膜片边缘
另一对应变器垂直于膜片边缘
对于平行于膜片边缘的两个应变器来说
负的径向应变导致其宽度压缩
相当于受到拉应力
对于垂直于膜片边缘的两个应变器来说
负的径向应变导致其长度压缩
相当于受到压应力
将这四个应变器按照这种方式接入全桥
当膜片弯曲时
就可以得到最高的信噪比
前面我们讲过
半导体应变器适合构成全桥
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