常用的半導體壓力傳感器選用N 型硅片作為基片。先把硅片制成一定幾何形狀的彈性受力部件,在此硅片的受力部位,沿不同的晶向制作四個P型擴散電阻,然后用這四個電阻構成四臂惠斯登電橋,在外力作用下電阻值的變化就變成電信號輸出。這個具有壓力效應的惠斯登電橋是壓力傳感器的心臟,通常稱作壓阻電橋(如圖1)。壓阻電橋的特點是:①電橋四臂的電阻值相等(均為R0);②電橋相鄰臂的壓阻效應數值相等、符號相反;③電橋四臂的電阻溫度系數相同,又始終處于同一溫度下。圖1中R0為室溫下無應力時的電阻值;墹RT為溫度變化時由電阻溫度系數(α)所引起的變化;墹Rδ為承受應變(ε)時引起的電阻值變化;電橋的輸出電壓為u=I0墹Rδ=I0RGδ
(恒流源電橋)
式中I0為恒流源電流,E為恒壓源電壓。壓阻電橋的輸出電壓直接與應變(ε)成正比,與電阻溫度系數引起的RT無關,這使傳感器的溫度漂移大大減小。半導體壓力傳感器中應用最廣的是一種檢測流體壓力的傳感器。其主要結構是全部由單晶硅材料構成的膜盒(如圖2)。膜片制成杯狀,杯底是承受外力的部分,壓力電橋就制作在杯底上面。用同樣的硅單晶材料制成圓環臺座,然后把膜片粘結在臺座上。這種壓力傳感器具有靈敏度高、體積小、固體化等優點,已在航空、宇宙航行、自動化儀表和醫療儀器等方面得到廣泛應用。