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Key word：Ion-Sensitive Field-Effect Transistor pH sensor
SPICE model
目 录
摘 要 I
Abstract II
1 绪 论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究现状 1
1.3 研究前景 2
2 pH-ISFET传感器的基本原理 4
2.1 离子敏场效应管的结构和工作原理 4
2.1.1 场效应管的结构和工作原理 4
2.1.2 离子敏场效应管的结构与工作原理 5
2.2 ISFET的特点和应用 6
2.2.1 ISFET的特点 6
2.2.2 ISFET的应用 7
2.3 离子敏场效应管工作原理 8
2.3.1 MOS场效应管 8
2.3.2离子敏场效应管 9
2.4 ISFET的集成化 12
3 系统硬件 14
3.1 系统硬件电路设计 14
3.2 信号电路的读取 15
3.3 SPICE电路仿真软件的简介 16
3.4 ISFET等效电路的建立 16
3.5 电路软件仿真结果 17
3.6 调理电路 18
3.6.1 测量放大电路 18
3.6.2 滤波整流电路 20
3.6.3 A/D转换电路 21
3.6.4 单片机接口电路 22
3.6.5 串口通信 23
4 系统软件 25
4.1 主程序流程框图 25
4.2 模数转换流程框图 25
4.3 LCD液晶显示流程框图 26
5 结果与讨论 28
附录 29
致 谢 30
参考文献 31
1 绪论
1.1研究背景
我们周围的每个材料都有不同的pH值，pH值对材料特性有很大的影响，所以对不同材料的pH值的研究对我们的生活和科学研究具有非常重要的意义。随着人们对pH的认识的加深，pH传感器逐渐成为了国内外学者关注的重要研究课题。在上个世纪后期，人们对使用制造pH传感器的材料有限，大多采用的电极有金属氧化物电极或者玻璃电极等。从现代科学来看，以往的材料制作的传感器已经不能满足实验的需要。相比于现代传感器，使用玻璃电极的传统pH传感器有如下缺点如：玻璃电极存在抗阻拒高，容易损坏，无法用于测定微钠环境下的pH值等缺点。而且在现实应用中，我们往往需要测定实时pH值，例如在医院临床护理、工厂的化学过程控制，工作环境监测等情况。
以上可以看出，pH传感器的发展离不开对于离子敏感效应晶体管（ISFET）的研究和完善。如今，ISFET已经发展成为一种新兴的化学传感器。场效应管具有电化学和晶体管的双重特性，因为其体积重小，响应速度快，所以它适用范围广，适应性强，具有广阔的应用前景。同时ISFET也有一些需要克服的缺陷，比如其滞后，温漂等特点。
随着科学与技术的逐渐发展，人们对离子敏感场效应晶体管的研究有了进一步的了解，这种新型的pH化学传感器可于应用在多个领域。随着传感器在化学领域的越来越受人们重视，利用其测试的方法也更加复杂多样。同时，也使某些实际分析测试可以用价廉的设备解决某些领域的复杂问题，从而节省了大量的设备文护和培训费用。
1.2 研究现状