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TRUONG OAI HOC BACH KHOA HA NOI • • •

PHAN QU6C P H 6 (chO biSn) - NGUYEN DQC CHigN

GIAO TRINH

C A M B I E N

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NHA XUAT BAN KHOA HOC VA KY THUAT

Ha Noi - 2000

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MUC LUC • •

Loi noi dau 3

Muc luc 5

Chiromgl: Nhiirng nguyen ly co ban va cac dac trung do lirong 14

—T. 1. Cac dinh nghia va dac trung chung 14 1.2. Cam bie'n tich cue 16 1.3. Cam bie'n thu d6ng 20 1.4. Cac dai lucmg anh huong 21 1.5. Machdo 22 1.6. Sai sociia phepdo A 23

1.6.1. Sai so he thong 24 1.6.2. Sai songaunhien 25 1.6.3. Tinh trung thuc, ti'nh diing ddn va do chinh xac 27

1.7. Chuan cam bie'n 28 1.7.1. Chuan dom gian 29 1.7.2. Chuan nhieu Ian 29

1.8. Donhay 30 1.8.1. Dinh nghia 30 1.8.2. Do nhay trong che'do tInh 31 1.8.3. Do nhay trong che'do dong 32

1.9.Dotuye'ntinh ., 33 1.9.1. Dilu kien c6 tuye'n tinh 33 1.9.2. Ducmg thang t6't nh^t - dp lech tuyen tinh 33

1.10. Do nhanh - thai gian hoi dap .• 34 1.11. Giai ban sir dung cam bie'n 35

\/Chirang 2: Cam bien quang ..• ^^

2.1. Anh sang va phep do quang 37 2.1.1. Tinh chat ciia anh sang 37 2.1.2. Cac don vi do quang • 39

2.1.2.1. Cac don vi do nang lucmg 39 2.1.2.2. Don vi do thi giac ^^

1 k

2.1.3. Ngu6n sang ^^ 2.1.3.1. Den soi d6't wonfram 42 2.1.3.2. Diot phat quang 42 2.1.3.3. Laze 43

2.2. Tebao quang dan 43 2.2.1. vat ly quang dan 43 2.2.2. vat lieu de che tao cam bie'n 45 2.2.3. Cac dac trung 46

2.2.3.1. Dientrof 46 2.2.3.2. D6 nhay 47

2.2.4. IJhg dung ciia te'bao quang dan 50 2.3. Photodiot 51

2.3.1. Nguyen ly boat dong 51 2.3.2. Che'do boat ddng 53

2.3.2.1. Clie'dd quang din 53 2.3.2.2. Che d6 quang the' 55

2.3.3. Dp nhay 57 2.3.4. Sado sii dung photodiot 58

2.3.4.1. Che'do quang dan 58 2.3.4.2. Che dp quang the' 59

2.4. Phototranzito 60 2.4.1. Cau tao va nguyen ly boat dong 60. 2.4.2. Donhay 61 2.4.3. So d6 diing phototranzito 62

2.4.3.1. Phototranzito chuydn mach 62 2.4.3.2. Phototranzito trong che dp tiiyen tinh 63 2.4.3.3. Phototranzito hieu ling truong (photoFET) 64

2.5. Cam bie'n phat xa 65 2.5.1. Co che'boat dong va vat lieu che'tao 65 2.5.2. Te' bao quang dien chan khong 66 2.5.3. Tebao quang dien dang khi 68 2.5.4. Thie't bi nhan quang 68

2.6. Cap quang 70 2.6.1. Ca'u tao va cac tinh chat chung 70 2.6.2. Ohg dung 71

2.6.2.1. Truyen thdng tin 71 2.6.2.2. Quan sat va do bang phuong tien quang hoc 72

Chifong 3: Cam bien nhiet do - .

3.1. Thang nhietdd 75 3.2. Nhiet d6 do dupe vh nhiet d6 c5n do .''"..... 77

3.2.1. Nhiet d6 do dupe / 7-7 3.2.2. Do nhiet d6 trong long vat ran 77

"•^^ 3.3. Do nhiet dp bang dien tra '. 'ZZ'''.ll 3.3.1. D6 nhay nhiet 77 3.3.2. Dien trakim loai 79

3.3.2.1. Chpn kim loai 79 3.3.2.2. Che'tao nhiet ke' .,..,.,....""'..'....81

3.3.3. Nhiet dien trof 83 3.3.3.1. Dac diem chung ^ 83 3.3.3.2. Dp din cua nhiet dien tro .". 84 3.3.3.3. Quan he dien trof - nhiet dp 85

3.3.4. Dien trorsilic 86 3.4. Do nhiet d6 bang cap nhiet 87

3.4.1. Dac tnmg chung - d6 nhay nhiet 87 3.4.2. Cac hieu umg nhiet dien 90

3.4.2.1. Hieu ling Peltier 90 3.4.2.2. Hieu umg Thomson 91 3.4.2.3. Hieu umg Seebeck 91

3.4.3. Phucmg phap ch6'tao va sa do do 92 3.4.3.1. Che tao cap nhiet va vobao ve 92 3.4.3.2. Sod6 do.. 93 3.4.3.3. Phuomg phap do !.i 94

3.4.4. Cac loai cap nhiet dien thucmg diing trong thuc te' 96 3.5. Do nhiet dp bang diot va tranzito 97

3.5.1. Dac diem chung-dp nhay nhiet 97 3.5.2. Quan he dien ap - nhiet d6 .r 99

Chuofng 4: Cam bien vi tri va dich chuyen....;3^ 4.» 100

4.1. Dien the'ke dien tra ^^^m ^ ^ 4.1.1. Che tao cam bie'n ' . ^ R « 101

4.1.1.1. Cac dang hinh hpc ^01 4.1.1.2. Dien tra '. : 101 4.1.1.3. Con chay

4.1.2. Cac dac trung

103 103

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5.4.1. Tin s6'sir dung t6i da 5.4.2. Gi6i ban m6i ' \f

5.5. Phuong phap do UQ 5.6. Uhg sua't ke'day rung j ^ ,

Chirong 6: Cam bien v^n toe ^43

6.1. T6'c dp ka'dien tiif do van t6c goo J4^ 6.1.1. Toe dp ke dong mot chieu •• I44 6.1.2. Toe dp kedong xoay chi^u 14^

6.1.2.1. May phat d6ng b6 146 6.1.2.2. May phat kh6ng d6ng bp 148

6.2. Toe dp ke dien tiif do van too dai 148 6.3. Too d6 ke' xung do t6'c d6 quay 150

6.3.1. Cam bie'n tCr tra bie'n thien 151 6.3.2. T6cd6ke'quang 152

6.4. D6i hudmg ke 153 6.4.1. Doi huomg ke' diing con quay h6i chuyen 153 6.4.2. Doi hudmg ke quang 154

jfchirong 7: Cam bien liic 157

7.1. Cam bie'n ap dien 158 7.1.1. Hieu ijmg ap dien 158

7.1.1.L Dinh nghia 158 7.1.1.2. Vai tro ciia d6'i xumg tinh the 158

7.1.2. vat lieu ap dien..... 159 7.1.3. Cau tao ciia cam bi^n 160 7.1.4. Sado'do 164

7.2. Cam bie'n tir giao 167 7.3. Cam bien luc dua tren phep do dp dich chuyen 170 7.4. Cam bie'n xiic tac - da nhan tao ', ^7'

Chuong 8: Cam bien gia toe va rung........% ^'

8.1. Khainiem chung |^^ 8.1.1. Dai gia toe ^1^ 8.1.2. Chuyen d6ng rung | ^ 8.1.3. Nguyen ly cam bie'n rung d6ng .70

8.2. May do gia t6'c ap dien va ap tra

9

I

••••, • • • • 178 g 2.1. D6 nhanh. 179 8 2 2 D6 tinh te 180

8.3. May do gia t6c P^f^.^g • : : : : : 180 8.3.1. Nguyen tac ho t d^ng^- Igj 8 3.2. Cac dac trUng do Urcmg ^ ^

8 4. 'May do gia t6'c ap trcr .".•.•.•.• Chuung 9: Cam bien do van toe, Im. luong va m,ie ehat luu 184

• 9.2.1. Phong ke day va phong ke mang mong 187 9.2.1.1. Nguyen tac boat d6ng 187 9.2.1.2. So do do 188

9.2.2. Phong ke'ion 190 9.2.3. Phong ke dung chen ban clu va canh quat 191 9.2.4. May do toe d6 gio dung sieu am 193

9.3. Do luu lucmg 194 9.3.1. Luu luongke dien tir 194 9.3.2. Luu luang ke'ca dung chuyin doi dien 197

9.3.2.1. Luu luangke'tuabin 197 9.3.2.2. Luu luongke'quay 198 9.3.2.3. Luu lupng ke dung la gu6ng 199

9.3.3. Luu luongke'khd'ilupng nhiet 200 9.4. Do va phat bien mire chit iuu '. 201

9.4.1. Phuong phap thuy tinh "'""."*."'." 202 9.4.2. Phucfng phap dien '.' 203

9.4.2.1. Cam bie'n d6 din [[ 203 9.4:2.2. Cam bie'n tu dien 204

9.4.3. Phuong phap dung "bircxa 204 9.4.3.1. Phuong phap do bang hlf t h u t i a T ' I " " " ! I 2 0 4 y.4.3.2. Phuong phlp do bang song sieu am .•:.•.•:.;;.•.•;;; 2 0 6

Chuong 10: Cam bien do ap su^t ehat Imi 207

10.1. Ap sua-t va don vi do ap suit 208 10.2. Nguyen tac do 20»

. o ^ v ^ - ^ ^ r ^" <">"B : : : : : : : : : : : : : : : : ; : :2u .0 • '''

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10.4. Phuong phap chuye'n d6i tin hieu 214 10.4.1. Chuyen d6i bang bie'n thien trakhing 9 , .

10.4.1.1. Dien th^k^ ' - Z ' Z Z r l u 10.4.1.2. Cam bie'n diing mang dang luoi 21 s 10.4.1.3. Cam bie'n ap tra '. ."."."''.'.'.'.".'.'.".'.".'Zl6

10.4.2. Chuyen d6i bang bie'n thien dien dung 218 10.4.3. Chuyen d6i bang bien thien d6 tu cam '..'220 10.4.4. Chuyen d6i bang hieu irng ap dien 221 10.4.5. Chuyen d6i blng dao d6ng co dien 222

10.4.5.1. Bp dao dong diing day, la mong hoac 6ng dao dong 223 10.4.5.2. Bp dao dong thach anh 225

10.4.6. Cac phuong phap chuyen doi khac 226 10.4.6.1. Phuong phap quang dien 226 10.4.6.2. Phuong phap tranzito ap dien 226

Chuong 11: Cam bien do ehan khong , 228

11.1. Dai chan khong vacac loai chan khong ke' 228 11.2. Chan khong ke' dan h6i 229

11.2.1. Cam bie'n dung 6ng Bourdon 229 11.2.1.1. Cam bien mdtvongxoln..... 229 11.2.1.2. Cam bie'n nhieu vong xoan 229

11.2.2. Cam bie'n dimg mang mong 230 11.3. Chan khong ke nhiet 233

11.3.1. SiJf truyen nhiet trong chat khi 233 11.3.2. Nguyen tic boat d6ng ciia chan khdng k^ nhiet ....233 11.3.3. Chan khong ke'Pirani .....0... 235 11.3.4. Chan khong ke'diing cap nhiet 236

11.4. Chan khong ke ion 238 11.4.1. Ion boa chat khi ., •239 11.4.2. Chan khong ke catot ngupi - Chan khOng ke Penning 240 11.4.3. Chan khong ke'catotnong 242 11.4.4. Chan khong ke'ion boa bang nguon phong xa...i 244

Chuong 12: Cam bien bufe xa hat nhan • 246

12.1. Diu do bang ion boa chat khi 246 ' 12.1.1. Nguyen ly chung 24b

^ 12.1.2. Bu6ng ion boa

11

12.1.3. dngde'mtyie 250 12.1.4. 6ng de'm Geiger-Muller 251

12.2. Diu do nha'p nhay 253 12.3. Diu do ban din • 255

Chuong 13: Cam bie'n do am 259

13.1. Nhimg dinh nghia co ban ve khong khi ^m 260 13.2. Phan loai am ke 262 13.3. Amkengung tu 262

13.3.1. Nguyen ly boat dong va clu taocualmke 262 13.3.2. Cac yeu to anh huong 264 13.3.3. Cac dac trung 264

13.4. Am ke hap thu 265 13.4.1. Nguyen tie do 265 13.4.2. Am ke'Lia '. 266 13.4.3. Cac dac trung 267

13.5. Am kebie'n thien trokhang 268 13.5.1. Am ke dien tro 268

13.5.1.1. Nguyen tic boat d6ng va phuong phap che tao 268 13.5.1.2. Cac dac trung 270

13.5.2. Am ke'tu dien polyme 270 13.5.3. Am ke'tu dien AI2O3 271

13.6. Am ke dien ly , 273 13.6.1. Nguyen ly boat dong va phuong phap che tao 273 13.6.2. Cac dac trung ....f,i«v4„. 274

Chuong 14: Cam bien dien hoa 276

14.1. Cam bie'n dien the 276 14.1.1. Nguyen tie chung 276

c 14.1.1.1. Dinh luat Nemst '"''''ZZx76 14.1.1.2. Dien cue so sanh 280

14.1.2. Dien cue do the'oxy hoa - khir 281 14.1.3. Dien cue do dp pH 282 14.1.4. Cac dien cue dac thu 285

14.2. Cam bie n dong dien 287 14.2.1. Nguyen ly do ".".........'......"............. 287 14.2.2. Dien cue do khi 288

12

14.2.3. Dien cue enzim 14.3. Cam bien do d6 din '..^''Z'Z'Z''. 28^

14.3.1. Do dp din ciia chat dien phan '''^--'ZZ'^. 289 14.3.2. Cac loai cam bie'n do d6 din 90,

14.4. Cam bie'n ISFET 'ZZZZZ 292 14.4.1. Cac loai cam bien tren co so tranzito hieu umg trucmg..'""'""293

14.4.1.1. Cau true tranzito hieu umg trucmg 293 14.4.1.2. Hieu ling mat phan bien va hieu irng kh6'i 294 14.4.1.3. Tranzito hieu umg truong chpn Ipc ion (ISFET) 295

14.4.2. Cac cam bie'n tren CO so ISFET.. !!Z'301

Chuong 15: Cam bien do thanh phan khi 304

15.1. Cam bie'n dung chat dien phan rln 305 15.1.1. Nguyen ly vat ly 305

15.1.1.1. Dinh luat Nemst 305 15.1.1.2. Cac thanh phin C3LU tao cam bie'n 307

15.1.2. Cac dac trimg 308 15.1.2.1. Cac dac trimgdoluomg 308 15.1.2.2. Cac dac trung c6ng nghe 309 15.1.2.3. Cac nguyen nhan gay nen sai so 309

15.1.3. Cau tao cam bie'n 311 15.2. Cam bien tro khang thay d6i , 313

15.2.1. Do dp din kh6'i 313 15.2.2. Do dp din be mat 314 15.2.3. Do dien dung 315

15.3. Cam bie'n ap dien thach anh .» 315 15.4. Cam bie'n xuc tac 316 15.5. Cam bie'n thuan tir 317

15.5.1. Nguyen ly boat ddng 317 15.5.2. Clu tao !. • 317

15.5.2.1. Cam bie'n tir d6ng ^ 317 15.5.2.2. Cam bie'n d6'i luu tir-nhiet 320

15.6. May phan tich quang * ^21 15.6.1. Nguyen ly boat d6ng 32^ 15.6.2. ca'u tao ; 1^1:

15.6.2.1. Phan tich bang buc xa anh sang tr6ng tha'y va tia cue tim .. /J 15.6.2.2. Phan tich bang birc xa tia h6ng ngoai

15.6.3. Uiig dung

323 325

13

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