《周小课磁传感器》课件

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1、提高热敏电阻传感器互换性与线性由于NTC是烧结半导体，所以它的特性参数有一定的离散型。在批量生产中，即使是同一批产品，其标称阻值的离散率较大，因此这种传感器的互换性较差。此外，热电特性的非线性较大，影响了传感器测量精度的提高。为了克服热敏电阻传感器的上述缺点，改善其性能，可通过在热敏电阻上串并联固定电阻，作成组合式元件来代替单个热敏元件，使组合式元件电路特性参数保持一致并获得一定程度的线性特性。回顾热敏电阻的应用从热敏电阻器的用途来看，主要分成两大类：一类是作为检测元件；另一类是作为电路元件。回顾由元件的伏-安特性看，热敏电阻器在技术方面的应用可分成四类。第7章教学内容霍尔元件霍尔开关集成

2、传感器霍尔线性集成传感器磁传感器的应用电地暖www.gzlianghuo.com本次课教学内容霍尔元件教学要求熟练掌握霍尔元件的工作原理；了解霍尔元件的主要特性、特点及应用范围；掌握消除霍尔元件本身存在的不等位电动势U0的方法。磁传感器根据电磁感应定律，在切割磁通的电路里，产生与磁通和变化速率成正比的感应电动势。因此最简单的把磁转换成电的磁传感器就是线圈，随着科学技术的发展，现代的磁传感器已向固体化发展，它是利用磁场作用使物质的电性能发生变化的各种物理效应制成的，从而使磁场强度转换为电信号。磁传感器早在1879年，人们就在金属中发现了霍尔效应，但是由于这种效应在金属中非常微弱，当时并没有引

3、起重视。直到20世纪50年代，由于微电子学的发展，才被人们重视和利用，开发了多种霍尔元件。霍尔元件是根据霍尔效应原理制成的磁电转换元件。霍尔效率的原理如图7.1所示。图中半导体为长方体，在电场E的作用下，电流在正面平行流过，如果没有磁场作用，电子是均匀分布的，如图7.1（a）所示。霍尔元件(a)无磁场(b)加磁场瞬间(c)加磁场后的稳定状态图7.1霍尔元件工作原理图霍尔元件如果在半导体正面垂直方向加上磁场B，则在加上磁场的瞬间，电子在洛伦兹力的作用下向下方偏移，如图7.1（b）所示。这样，在半导体下侧方向上电子过剩而上侧方向电子不足，于是就产生了一个横方向上的电场，这就是霍尔电场，如图7.

4、1(c)所示。霍尔元件霍尔电场产生一定大小的静电力与洛伦兹力相平衡，使得半导体内的电子仍能平行地沿正面向前运动，在半导体横面上存在一个电压，称为霍尔电压，这种的现象就是霍尔效应。霍尔元件置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势，这种现象称霍尔效应。该电势称霍尔电势。式中：UH霍尔电压；RH霍尔系数；d霍尔元件的厚度；I通过霍尔元件的电流；B加在霍尔元件上的磁场磁力线密度；f(l/W)元件形状函数，其中l为元件的长度，W为元件的宽度。霍尔元件在磁场作用下，产生的霍尔电压，可由下式给出，即霍尔元件从上面的公式可以看出，霍

5、尔电压正比于电流强度和磁场强度，且与霍尔元件的形状有关。在电流强度恒定，霍尔元件形状确定的条件下，霍尔电压正比于磁场强度。当所加磁场方向改变时，霍尔电压的符号也随之改变。因此，霍尔元件可以用来测量磁场的大小和方向。霍尔元件霍尔元件的输出与灵敏度有关，KH愈大UH愈大。而霍尔灵敏度又取决于元件的材料性质和尺寸。材料的电阻率ρ和电子迁移率μ大，就大，输出的UH也就大。霍尔系数与电子迁移率和电阻率有关。霍尔元件的材料及结构若要霍尔效应强，则希望有较大的霍尔系数RH，因此要求霍尔片材料有较大的电阻率和载流子迁移率。一般金属材料载流子迁移率很高，但电阻率很小；而绝缘材料电阻率极高，但载流子迁移率极低

6、，故只有半导体材料才适于制造霍尔片。霍尔元件的材料及结构霍尔系数与元件的尺寸有关，为了提高霍尔灵敏度，要求材料的RH尽可能的大。元件的厚度愈大，UH愈小，所以霍尔元件的厚度都比较小，但d太小，会使元件的输入、输出电阻增加。霍尔元件的材料及结构霍尔元件较常采用的半导体材料有N型锗（Ge）、锑化铟（InSb）、砷化铟(InAs)、砷化镓(CaAs)及磷砷化铟(InAsP)、N型硅（Si）等。锑化铟元件的输出较大，受温度的影响也较大；砷化铟和锗元件输出虽然不如锑化铟大，但温度系数小，线性度也好；砷化镓元件的温度特性和输出线性好，但价格贵。霍尔元件的材料及结构霍尔元件常采用锗、硅、砷化镓、砷化铟及

7、锑化铟等半导体制作。用锑化铟半导体制成的霍尔元件灵敏度最高，但受温度的影响较大。用锗半导体制成的霍尔元件，它的灵敏度低，但它的温度特性及线性度较好。目前使用锑化铟霍尔元件的场合较多。霍尔元件图7.2是一种用溅射工艺制作的锑化铟霍尔元件的结构，它由衬底、十字形霍尔元件、电极引线及磁性体顶端等构成。十字形霍尔元件4个端部的引线，有一对是电流输入端，另一对为霍尔电压输出端。铁磁体顶端是为了集中磁力线和提高元件灵敏度设置的，它的