自动检测与转换技术教学课件 作者 裴蓓 第4章 磁电传感器.ppt

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1、第4章磁电传感器磁敏传感器4.1霍尔传感器4.2电涡流传感器4.3技能实训4.4【学习目标】掌握磁敏二极管的结构及工作原理掌握磁敏三极管的结构及工作原理掌握电涡流探头结构和被测体材料、形状及大小对灵敏度的影响掌握霍尔元件的结构及工作原理掌握霍尔元件的特性参数掌握磁敏二极管的应用掌握磁敏三极管的应用掌握电涡流式传感器的应用掌握霍尔传感器的应用【技能目标】具备分析磁电传感器电路的能力具备制作磁敏传感器应用电路的能力具备制作霍尔传感器应用电路的能力具备制作电涡流传感器应用电路的能力具备调试电路的能力4.1

2、磁敏传感器4.1.1磁阻传感器1．磁敏电阻根据几何磁效应原理制造的锑化铟（InSb）磁敏电阻的基本结构和电阻值与磁场的特性曲线如图4.1所示。图4.1InSb磁敏电阻与特性InSb-NiSb共晶材料的特点是在InSb的晶体中掺杂NiSb，在InSb的结晶过程中会析出沿着一定方向排列的细长NiSb针状晶体，如图4.2所示。图4.2InSb-NiSb共晶元件2．磁敏电阻传感器的应用（1）无触点电位器图4.3所示为无触点电位器的结构示意图。（2）InSb磁敏电阻旋转（齿轮）传感器InSb磁敏电阻旋转齿轮传

3、感器的工作原理如图4.4所示。图4.3无触点电位器图4.4齿轮传感器工作原理3．磁敏电阻传感器的温度稳定性问题（1）对多个InSb的温度补偿图4.5所示为用多个InSb磁敏电阻作无触点开关时的温度补偿电路。图4.5多InSb电阻无触点开关温度补偿电路图4.6UBB、UB与温度变化的关系（2）电桥式温度补偿在InSb磁敏电阻传感器中大多数都使用三端差分型InSb磁敏电阻，因为由两个InSb磁敏电阻构成的差分结构也是电路中的半桥型结构，所以采用如图4.7所示的电桥型温度补偿更为合适，它可以较好地改善基准

4、电位和有偏置磁场时的电阻温度特性。图4.7电桥型温度补偿电路图4.7中所示R1、R2、R3、R4和RP为一般的固定电阻器，RT为负温度系数热敏电阻。根据RM1、RM2和RT的配置，可改进基准电位UN和输出电压的温度特性。4.1.2磁敏二极管1．磁敏二极管的结构2．磁敏二极管的工作原理而对磁敏二极管，情况就不同了。当受到正向磁场作用时，电子和空穴均受到洛伦兹力作用向r面偏转，如图4.9所示。图4.8锗磁敏二极管由于r面是高复合面，所以到达r面的电子和空穴就被复合掉，因而i区的载流子密度减少，电阻增加，

5、所以Ui增大，而在两个结上的电压UP、UN则相对减少，于是i区的电阻进一步增加，直到稳定在某一值上为止。图4.9磁敏二极管载流子受磁场影响的情况3．磁敏二极管的特性（1）电流—电压特性图4.10所示为锗磁敏二极管的伏安特性曲线。图中B＝0的曲线表示二极管不加磁场时的情况，B取+或表示磁场的方向不同。图4.10锗磁敏二极管伏安特性曲线从图4.10中可以看出：①当输出电压一定，磁场为正时，随着磁场强度增加，电流减小，表示磁阻增加；磁场为负时，随着磁场强度向负方向增加，电流增加，表示磁阻减小；②在同一磁

6、场下，电流越大，输出电压变化量也越大。（2）磁电特性图4.11所示为磁敏二极管的磁电特性曲线。图4.11磁电特性曲线（3）温度特性温度特性是指在标准测试条件下，输出电压变化量ΔU随温度变化的规律，如图4.12所示。图4.12磁敏二极管温度特性曲线4．磁敏二极管的应用—磁敏二极管漏磁探伤仪磁敏二极管漏磁探伤仪是利用磁敏二极管可以检测微弱磁场变化的特性而设计的，原理如图4.13所示。1—工件2—激磁线圈3—铁芯4—磁敏二极管探头图4.13磁敏二极管漏磁探伤仪原理4.1.3磁敏三极管1．磁敏三极管的结构（

7、1）锗磁敏三极管锗磁敏三极管的结构和图形符号如图4.14所示。图4.14NPN型锗磁敏三极管结构和电路符号（2）硅磁敏三极管硅磁敏三极管是用平面工艺制造的，如图4.15所示。图4.15硅磁敏三极管结构2．磁敏三极管的工作原理如图4.16（a）所示，当无磁场作用时，由于磁敏三极管基区长度大于载流子有效扩散长度，因此发射区注入的载流子除少量输运到集电区外，大部分通过E—I—B，形成基极电流，基极电流大于集电极电流，所以电流放大倍数β＝IＣ/IB＜1。图4.16磁敏三极管的工作原理示意图如图4.16（b）

8、所示，当存在H+磁场时，由于洛伦兹力的作用，载流子向发射极一侧偏转，从而使集电极电流IＣ明显下降。3．磁敏三极管的特性（1）伏安特性图4.17所示为磁敏三极管的伏安特性曲线，其中图（a）为无磁场作用时的伏安特性，图（b）为基极电流恒定（IB＝3mA）条件下，磁场为正、负1KG时集电极电流IC的变化情况。图4.17磁敏三极管伏安特性（2）温度特性磁敏三极管的温度特性曲线如图4.18所示，其中图（a）为基极恒压时的温度特性曲线，图（b）为基极恒流时的温度特性曲线。图4.1