《霍尔传感器》PPT课件(I)

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1、第七章霍尔式传感器（磁电式传感器）磁电式传感器是通过磁电作用将被测量转换成电信号的一种传感器。分类：●磁电感应式（利用导体与磁场发生相对运动产生感应电动势）●霍尔式（利用载流半导体在磁场中的霍尔效应而输出电动势）第七章霍尔式传感器霍尔效应和霍尔元件材料霍尔元件构造及测量电路霍尔元件的主要技术指标霍尔元件的补偿电路霍尔式传感器的应用举例霍尔式传感器是利用霍尔元件基于霍尔效应原理而将被测量、如电流、磁场、位移、压力等转换成电动势输出的一种传感器。长l、宽b、厚d，N型半导体材料沿水平方向通以控制电流I半导体中的载流子即电子e沿与电流相反的方向运动，

2、速度为v由于磁场的作用，使得电子受到洛仑兹力fL的作用而发生偏转半导体的前后端面上各自积累起数目相等的正、负电荷，形成电场电场产生的作用力fE阻止电子的偏转，最终二力平衡，形成稳定的霍尔电场EH霍尔效应11’推导目的：得到霍尔电势UH与I、B的关系二力动态平衡时，有：n：N型半导体中的电子浓度电流密度霍尔电势霍尔效应霍尔系数，由载流子的物理性质所决定灵敏度系数，表示在单位B和单位I时的霍尔电势的大小。金属材料的自由电子浓度n很大，不适于做霍尔元件绝缘材料的几乎没有自由电子，不适于做霍尔元件霍尔元件都是由半导体材料做成（尤其是N型）锗(Ge)、硅(

3、Si)、砷化铟(InAs)、锑化铟(InSb)霍尔元件一般做得都较薄（0.1~0.2mm）材料要求:金属材料:绝缘材料:半导体材料:(霍尔系数)(灵敏度系数)载流子的迁移率霍尔元件都是由半导体材料做成（尤其是N型）：锗(Ge)、硅(Si)、砷化铟(InAs)、锑化铟(InSb)霍尔电势（续）UH~IB成正比关系.KH~n(半导体的电子浓度)、e(电子当量)、d(霍尔元件的厚度)成反比关系.霍尔元件的构造控制电流端引线，红色（黑端）霍尔输出端引线，绿色（白端）4端器件霍尔元件的测量电路提供激励电流调节激励电流的大小负载电阻，通常是显示仪表、记录装置

4、、放大器的输入阻抗UH一般在毫伏量级，实际使用后端应加放大器霍尔元件的特性曲线1、额定激励电流IH使霍尔元件温升10℃所施加的控制电流值称为额定激励电流。通常用IH表示。2、输入电阻Ri它是指控制电流极间的电阻值。它规定要在室温(20±5℃)的环境温度中测取。3、输出电阻Rs它是指霍尔电极间的电阻值。规定中要求在(20±5℃)的条件下测取。*4、不等位电势及零位电阻r0当霍尔元件通以控制电流IH而不加外磁场时，它的霍尔输出端之间仍有空载电势存在，该电势就称为不等位电势(或零位电势)。霍尔元件主要技术指标不等位电阻：ro=Uo/IH*5、寄生直流电

5、势当不加外磁场，控制电流改用额定交流电流时，霍尔电极间的空载电势为直流与交流电势之和。其中的交流霍尔电势与前述零位电势相对应，而直流霍尔电势是个寄生量，称为寄生直流电势V(一般在1mV以下)。6、热阻RQ它表示在霍尔电极开路情况下，在霍尔元件上输入lmW的电功率时产生的温升，单位为C／mW。该温升的大小在一定条件下与电阻有关。霍尔元件主要技术指标霍尔电极位置不对称或不在同一等位面上*2.材料不均匀或几何尺寸不均匀3.激励电极接触不良产生不等位电势的主要原因: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

6、分布电阻的阻值不等；可采用不等位电势补偿线路进行补偿.1.电极接触不良2.霍尔电极大小不对称形成极间温差电势产生寄生直流电势的主要原因:补偿将霍尔元件视为一个电桥，则A、B为控制电流极、C、D为霍尔电极。在极间分布的电阻用4个电阻r1、r2、r3、r4表示。理想情况下，4个电阻相等，则不等位电势为0；实际情况下，4个电阻并不相等，即电桥不平衡，所以对外显示有不等位电势。1.不等电位电势补偿不等位电势的补偿电路2.感应电势（不加控制电流）及其补偿（了解）主要原因：霍尔电极引线不合理；大小：不仅正比于磁场的变化率和磁感应强度的幅值，而且与霍尔电极引线

7、所构成的感应面积成正比。措施：1、合理布线；2、在磁路气缝中安装零一个辅助霍尔元件恒流源供电半导体材料的电阻率、载流子浓度和迁移率等都易随温度而变化。所以进行补偿是必要的。假设温度由T0上升至T，则以下参数分别变至：3.温度补偿以前讲述（？）传感器也是用半导体材料做成的？也需要进行温度补偿？分流电阻法……对于确定的霍尔元件，可由此式求得温度补偿电阻RP及温度系数的值分流电阻法桥路补偿法的温度补偿电路（了解）桥路补偿3.温度补偿温度补偿桥霍尔式传感器的应用——测量位移梯度磁场：磁场梯度变化越大，灵敏度越高；梯度变化越均匀，霍尔电势与位移的关系越接近

8、线性。霍尔式位移传感器霍尔式位移传感器原理示意图梯度磁场：磁场梯度变化越大，灵敏度越高；梯度变化越均匀，霍尔电势与位移的关系越接近线性。