传感器课程设计——霍尔传感器测量磁场

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1、.目录一、课程设计目的与要求……………………………………….…………….…..2二、元件介绍…………………………………………………………………….…....3三、课程设计原理…………………………………………………………………...63.1霍尔效应………………………………………………………………………...63.2测磁场的原理,载流长直螺线管内的磁感应强度……………………..8四、课程设计内容………………………………………………………...………...104.1电路补偿调节……………………………………………………………...…..104.2失调电压调零…………………………

2、………………………………….…..104.3按图4-3接好信号处理电路……………………………………………......104.4按图4-4接好总测量电路……………………………………………….….114.5数据记录与处理……………………………………………………….……....124.6数据拟合..……………………………………………………………….…........13五、成品展示……………………………………………………………………….....16六、分析与讨论………………………………………………………………..….…17实验所需仪器………………………………………………………

3、…………….……19个人总结………………………………………………………………………………...20致谢…………………………………………………………………………….………….21参考文献………………………………………………………………………..……….22参考网址…………………………………………………………………………...…….22..一、课程设计目的与要求1.了解霍尔传感器的工作原理2.掌握运用霍尔传感器测量磁场的方法..二、元件介绍CA3140CA3140高输入阻抗运算放大器,是美国无线电公司研制开发的一种BiMOS高电压的运算放大器在一片集成芯片上，该CA3140

4、A和CA3140BiMOS运算放大器功能保护MOSFET的栅极（PMOS上）中的晶体管输入电路提供非常高的输入阻抗，极低输入电流和高速性能。操作电源电压从4V至36V（无论单或双电源),它结合了压电PMOS晶体管工艺和高电压双授晶体管的优点.(互补对称金属氧化物半导体)卓越性能的运放。应用范围:.单电源放大器在汽车和便携式仪表.采样保持放大器.长期定时器.光电仪表.探测器.有源滤波器.比较器.TTL接口.所有标准运算放大器的应用.函数发生器.音调控制.电源.便携式仪器..3503霍尔元件..UGN3503LT，UGN3503U和UGN3503UA霍尔效应传感器准确地跟踪

5、磁通量非常小的变化，密度变化通常太小以致不方便操作霍尔效应开关。可作为运动探测器，齿传感器和接近探测器，磁驱动机械事件的镜像。作为敏感电磁铁的显示器，就可以有效地衡量一个系统的负载量可以忽略不计的性能，同时提供隔离污染和电气噪声。每个霍尔效应集成电路包括一个霍尔传感元件，线性放大器和射极跟随器输出级。三种封装形式提供了对磁性优化包大多数应用程序。封装后缀“LT”是一个缩影SOT-89/TO243AA表面贴装应用的晶体管封装;后缀“U”是一个微型三引脚塑料SIP，而'UA'是一个三引脚超小型SIP协议。所有器件的额定连续运行温度范围为-20°C至+85°C。特点:·极为敏

6、感·至23kHz的平坦的响应·低噪声输出·4.5V至6V的操作·磁性优化装箱图2-43503霍尔元件封装及引脚图三、课程设计原理..3.1霍尔效应图3-1-1霍尔效应原理图把矩形的金属或半导体薄片放在磁感应强度为的磁场中，薄片平面垂直于磁场方向。如图3-1-1所示，在横向方向通以电流I，那么就会在纵向方向的两端面间出现电位差，这种现象称为霍尔效应，两端的电压差称为霍尔电压，其正负性取决于载流子的类型。(图3-1-1载流子为带负电的电子，是N型半导体或金属)，这一金属或半导体薄片称为霍尔元件。假设霍尔元件由N型半导体制成，当霍尔元件上通有电流时，自由电子运动的方向与电流I

7、的流向相反的。由于洛伦兹力的作用，电子向一侧偏转，在半导体薄片的横向两端面间形成电场称为霍尔电场，对应的电势差称为霍尔电压UH。电子在霍尔电场中所受的电场力为，当电场力与磁场力达到平衡时，有若只考虑大小，不考虑方向有EH=vB因此霍尔电压UH=wEH=wvB(1)根据经典电子理论，霍尔元件上的电流I与载流子运动的速度v之间的关系为..I=nevwd(2)式中n为单位体积中的自由电子数，w为霍尔元件纵向宽度，d为霍尔元件的厚度。由式(1)和式(2)可得(3)即(4)式中是由半导体本身电子迁移率决定的物理常数，称为霍尔系数，而KH称为霍尔元件