传感器原理ppt电子课件教案第11章磁敏传感器

《传感器原理ppt电子课件教案第11章磁敏传感器》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、§11.1霍尔传感器§11.2磁阻传感器§11.3磁敏二极管磁敏三极管第11章磁敏传感器概述磁敏传感器：指将磁性量转化为电信号的传感器。材料分类高导磁率材料(>>1),有磁致伸缩效应等低导磁率材料(1),半导体材料应用分类直接应用型：直接测量磁场间接应用型：通过磁场变化测量非磁信号其它：核磁共振、超导量子干涉器件(SQUID)§11.1霍尔传感器霍尔传感器是一种基于霍尔效应的磁性传感器，已发展成为一个品种多样的磁性传感器产品族。霍尔传感器具有精度高、线性度好、无触点、无磨损，寿命长，属于半永久器件。位置重复精度高（可达μm级）。用于无触点开关和各种机械、电磁参量的检测，用在翼片开

2、关、接近传感器、电流传感器，大量用于小型直流无刷电机、平板电机和电流、电压、磁场的检测中。一．霍尔效应和霍尔器件当电流垂立于外磁场方向通过导体或半导体薄片时，在薄片垂真于电流和磁场方向的两侧表面之间产生电位差的现象，称为霍尔效应。所产生的电势差称作霍尔电势。它是出于运功载流子受到磁场的作用力(称为洛仑兹力)，而在薄片两侧分别形成电子、正电荷积累所致。电子带的电荷为-e,在磁场作用下,洛伦兹力为：平衡时霍尔电场EH对电子的作用力与洛伦兹力大小相等，方向相反，相互平衡,即得霍尔电场强度的大小：电场在电极④到③方向建立霍尔电压UH：霍尔元件的宽度在电子浓度为n时,有代入：霍尔元件的横截面

3、面积对N型半导体材料,定义霍尔系数RH为：得：得：令：霍尔元件灵敏度得：KH称为霍尔灵敏度或乘积灵敏度,单位为V/(A·T),它表示一个霍尔元件在单位控制电流和单位磁感应强度时产生的霍尔电压的大小。霍尔电压正比于控制电流强度和磁感应强度。在控制电流恒定时,霍尔电压与磁感应强度成正比；磁感应强度改变方向时,霍尔电压也改变符号。因此,霍尔器件可以作为测量磁场大小和方向的传感器；传感器的灵敏度与电子浓度n成反比。半导体材料的n比金属小很多,所以灵敏度较高；霍尔器件的灵敏度与它的厚度d成反比,d越小,灵敏度越高。结论：当霍尔元件使用的材料是P型半导体时,导电的载流子为带正电的空穴(设浓度为p）。

4、空穴运动：在电场E作用下沿电力线方向运动（与电子运动方向相反）；所带电荷也与电子相反,结果它在洛伦兹力作用下偏转的方向与电子却相同；结论：积累电荷有不同符号,霍尔电压有相反符号。在P型材料的情况下,霍尔系数为正,即霍尔灵敏度为：霍尔元件结构图霍尔元件的结构很简单，它由霍尔片、引线和壳体组成。霍尔片是一块矩形半导体薄片（见图11-1-3）。在长边的两个端面上焊上两根控制电流端引线（见图中1、1），在元件短边的中间以点的形式焊上两根霍尔输出端引线（见图中2、2），在焊接处要求接触电阻小，而且呈纯电阻性质（欧姆接触）。霍尔片一般用非磁性金属、陶瓷或环氧树脂封装。基本测量电路图11-1-4霍尔元

5、件的基本测量电路产生原因:不等位电势：由于两个霍尔电压极在制作时不可能绝对对称地焊在霍尔元件两侧,控制电流极的端面接触不良,以及材料电阻率不均匀、霍尔元件的厚度不均匀等均会产生不等位电势。误差分析1.零位误差：当磁场强度为零时，仍有一定霍尔电压输出,这就是元件的零位误差。理想状况下UM=0，但由于霍尔元件的某种结构原因造成UM≠0，则电桥处于不平衡状态，即四个分布电阻的阻值不等。不等位电势UM图11-1-6霍尔元件的等效电桥不等电位势的几种补偿线路图11-1-7不等位电势的几种补偿线路霍尔集成电路霍尔式位移传感器二、霍尔传感器霍尔式位移传感器原理示意图霍尔压力传感器霍尔式转速传感器原理：

6、磁性转盘的输入轴与被测转轴相连,当被测转轴转动时,磁性转盘随之转动,固定在磁性转盘附近的霍尔传感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉冲,检测出单位时间的脉冲数,便可知被测转速。磁性转盘上小磁铁数目的多少决定了传感器测量转速的分辨率。§11.2磁阻传感器（MR）当通电流的半导体或金属薄片置于与电流垂直或平行的外磁场中，其电阻随外加磁场变化而变化的现象称为磁阻效应物理磁阻效应：与半导体自身材料性质有关的磁阻效应称为物理磁阻效应。洛伦兹力使得在半导体中作直线运动的载流子偏离原来方向，延长了运动路径，增加了与晶格等碰撞机会，宏观表现为电阻增加。与半导体薄片形状有关的电阻变化为：Gr---与

7、磁场和样品形状有关的几何因子。几何磁阻效应形状磁阻效应:霍尔角θ：电流方向与外加电场方向的夹角几何磁阻效应00.20.40.60.81.0B(T)5101520RB/R0ICICICIC科比诺园盘应用：半桥方式：设磁敏电阻在外加磁场改变前的阻值为R，外加磁场改变后，电阻为R’，则：UsR0RUGND浮动零点跟踪电路：设R2>>R1=R4=R，Rt1Rt22R，则上式化简为：磁敏二极管结构特点：§11.3磁敏二极管(SMD)和三极