《磁敏传感器》word版

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1、感测技术讲义第8章磁敏传感器磁敏传感器（MagnetSensitiveSensor）：基于磁电转换原理，利用半导体材料中的自由电子或空穴随磁场改变其运动方向这一特性而制成的传感器。分类：1．体型—霍尔传感器、磁敏电阻2．结型—磁敏晶体管（磁敏二极管、磁敏三极管）8.1霍尔（Hall）传感器霍尔传感器—利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器。工作原理：基于载流子在磁场中受洛伦兹力的作用而发生偏转的机理。8.1.1霍尔效应（HallEffect）定义：将一块半导体薄片（霍尔元件）置于磁感应强度为B的磁场中，如果在它相对的两边通

2、以控制电流I，且磁场方向与电流方向正交，则在半导体另外两边将产生一个大小与I和B的乘积成正比的电势，这一现象称为霍尔效应，该电势称为霍尔电势(Hallpotential)。工作原理：设霍尔元件为N型半导体（载流子为电子）-89-感测技术讲义洛仑兹力：（方向符合右手螺旋定律）电场力：e—电子电量达到动态平衡时，即:设:n—为单位体积内自由电子数（载流子浓度）霍尔电势：（N型半导体材料）（P型半导体材料）P—单位体积中的空穴数（载流子浓度）8.1.2霍尔系数和灵敏度1.霍尔系数：（或）,霍尔系数由半导体材料的性质决定，反映了

3、霍尔效应（电势）的强弱。2.霍尔元件的灵敏度：,结论：（1）UH的大小正比于控制电流I和磁感应强度B。当I或B的方向改变时，UH的方向也将改变，但当I和B的方向同时改变时，UH并不改变原来的方向。（2）由于金属的电子浓度很高，所以它的霍尔系数或灵敏度都很小，因此不适易制作霍尔元件。一般采用N型半导体材料制作霍尔元件（RH较大）。（3）霍尔元件的厚度越小，其灵敏度越高。-89-感测技术讲义8.1.3霍尔元件的主要技术参数1.额定功耗P02.输入电阻Ri和输出电阻R03.不平衡电势U04.霍尔电势温度系数α5.内阻温度系数β

4、6.灵敏度KH8.1.4霍尔元件连接方式和输出电路1.基本测量电路RL—放大器的输入电阻或测量仪表的内阻电位器W调节控制电流I的大小2.连接方式-89-感测技术讲义2.霍尔电势的输出电路霍尔元件是一种四端器件，UH在毫伏量级，在实际使用时必须加差分放大器。霍尔元件分为线性测量和开关状态两种使用方式。8.1.5霍尔元件的测量误差和补偿办法造成测量误差的主要因素：（1）半导体固有特性（2）制造霍尔元件的工艺缺陷1.零位误差及补偿方法（1）零位误差霍尔元件在加控制电流，不加外磁场时，它的霍尔电势应该为零，但实际不为零，测得的霍

5、尔电势（不等位电势）称为零位误差。-89-感测技术讲义（2）补偿方法采用电桥平衡原理补偿，减小或消除不等位电势，即零位误差。如果两个霍尔电势极A、B处在同一等电位面上，R1=R2，R3=R4，则电桥处于平衡状态，不等位电势U0=0。如果两个霍尔电势极A、B不处在同一等电位面上，则电桥不平衡，不等位电势。不等位电势补偿电路原理图2.温度误差及其补偿（P202）由于半导体材料的电阻率、迁移率和载流子浓度等都随温度变化而变化，因此会导致霍尔元件的内阻、霍尔电势等也随温度变化而变化，从而产生温度误差。（1）利用输出回路的并联电阻

6、进行补偿（2）利用输入回路的串联电阻进行补偿-89-感测技术讲义8.2磁敏电阻器(MagnetSensitiveResistor)磁敏电阻器是基于磁阻效应的磁敏元件。应用：磁场探测仪、位移和角度检测器、安培计、磁敏交流放大器8.2.1磁阻效应磁阻效应：当一载流导体置于磁场中，其电阻阻值会随磁场而变化，这种现象称为磁阻效应。磁阻效应方程：—零磁场下的电阻率—磁感应强度为B时的电阻率—电子迁移率结论：磁场B一定时，迁移率越高的半导体材料，其磁阻效应越明显。-89-感测技术讲义8.3磁敏二极管（MagnetSensitiveD

7、iode）和磁敏三极管（MagnetSensitiveTriode）霍尔元件和磁敏电阻均是用N型半导体材料制成的体型元件。磁敏二极管和磁敏三极管是PN结型的磁电转换元件。应用：适合磁场、转速、探伤等方面的检测和控制。8.3.1磁敏二极管的结构和工作原理1.结构2.工作原理当磁敏二极管未受到外界磁场作用时，外加正偏压，则有大量的空穴从P区通过I区进入N区，同时也有大量的电子从N区通过I区进入P区，形成电流。只有少量电子和空穴在I区复合掉。当磁敏二极管受到外界磁场H+（正向磁场）作用时，电子和空穴受到洛仑兹力的作用向r区偏转

8、，由于r区的电子和空穴复合速度快，因而电流减小。当磁敏二极管受到外界磁场H-（反向磁场）作用时，电子和空穴受到洛仑兹力的作用向I区偏转，由于I区的电子和空穴复合率明显变小，因而电流增大。-89-感测技术讲义3.磁敏二极管的主要特性（P206）（1）磁电特性磁敏二极管输出电压变化与外加磁场的关系。（2）伏安特性磁敏二极