检测技术 教学课件 作者 卜云峰 主编 第十章.ppt

《检测技术 教学课件 作者 卜云峰 主编 第十章.ppt》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、第十章磁敏传感器第一节　霍尔传感器第二节　磁敏电阻第三节　磁敏二极管和磁敏三极管磁敏传感器是对磁场参量(B,H,φ)敏感的元器件或装置,具有把磁学物理量转换为电信号的功能。2第一节霍耳磁敏传感器（一）霍耳效应导体或半导体薄片置于磁场B中，在相对两侧通以电流I，在垂直于电流和磁场的方向上将产生一个大小与电流I和磁感应强度B的乘积成正比的电动势。这一现象称为霍尔效应。该电势称为霍尔电势，该薄片称为霍尔元件。+I+++++－－－－－－－－－－－－Ｂlbd霍耳效应原理图VH3（二）霍耳磁敏传感器工作原理设霍尔元件为N型半导体，其长度为

2、l，宽度为b，厚度为d。又设电子以均匀的速度v运动，则在垂直方向施加的磁感应强度B的作用下，空穴受到洛仑兹力q—电子电量(1.62×10-19C)；v—载流子运动速度。根据右手螺旋定则，电子运动方向向上偏移，则在上端产生电子积聚，下端失去电子产生正电荷积聚。从而形成电场。电场作用于电子的电场力为电场力与洛仑兹力方向相反，阻止电子继续偏转，当达到动态平衡时4霍耳电势VH与I、B的乘积成正比，而与d成反比。可改写成：电流密度j=nqvn—N型半导体中的电子浓度P型半导体—霍耳系数，由材料物理性质决定。p—P型半导体中的空穴浓度ρ—

3、材料电阻率μ—载流子迁移率金属材料电子μ很高但ρ很小，绝缘材料ρ很高但μ很小。故为获得较强霍耳效应，霍耳片全部采用半导体材料制成。而电子的迁移率比空穴大，所以以N型半导体居多。5设KH=RH/dKH—霍尔元件灵敏度。它与材料的物理性质和几何尺寸有关，它决定霍尔电势的强弱。若磁感应强度B的方向与霍尔元件的平面法线夹角为θ时，霍耳电势应为：VH＝KHIBVH＝KHIBcosθ注意：当控制电流的方向或磁场方向改变时，输出霍耳电势的方向也改变。但当磁场与电流同时改变方向时，霍耳电势并不改变方向。6霍耳器件片a)实际结构(mm)；(b)

4、简化结构；(c)等效电路外形尺寸:6.4×3.1×0.2;有效尺寸：5.4×2.7×0.2（三）霍耳磁敏传感器（霍尔元件）dsl（b）2.15.42.7AB0.20.50.3CD（a）w电流极霍耳电极R4ABCDR1R2R3R4（c）7霍耳输出端的端子C、D相应地称为霍耳端或输出端。若霍耳端子间连接负载,称为霍耳负载电阻或霍耳负载。电流电极间的电阻，称为输入电阻，或者控制内阻。霍耳端子间的电阻，称为输出电阻或霍耳侧内部电阻。控制电流或输入电流:流入到器件内的电流。电极A、B相应地称为元件电流端、控制电流端或输入电流端。H图2.

5、6-4霍耳器件符号AAABBBCCCDDD关于霍耳器件符号，名称及型号，国内外尚无统一规定，为叙述方便起见，暂规定下列名称的符号。8控制电流I；霍耳电势VH；控制电压V；输出电阻R2；输入电阻R1；霍耳负载电阻R3；霍耳电流IH。图中控制电流I由电源E供给,R为调节电阻,保证器件内所需控制电流I。霍耳输出端接负载R3,R3可是一般电阻或放大器的输入电阻、或表头内阻等。磁场B垂直通过霍耳器件,在磁场与控制电流作用下，由负载上获得电压。VHR3VBIEIH霍尔元件的基本电路R实际使用时,器件输入信号可以是I或B，或者IB,而输出可

6、以正比于I或B,或者正比于其乘积IB。9上两式是霍尔元件中的基本公式。即：输入电流或输入电压和霍耳输出电势完全呈线性关系。同理，如果输入电流或电压中任一项固定时，磁感应强度和输出电势之间也完全呈线性关系。同样，若给出控制电压V，由于V=R1I，可得控制电压和霍耳电势的关系式设霍耳片厚度d均匀，电流I和霍耳电场的方向分别平行于长、短边界，则控制电流I和霍耳电势VH的关系式10（四）、基本特性1、直线性：指霍耳器件的输出电势VH分别和基本参数I、V、B之间呈线性关系。VH=KHBI2、灵敏度：可以用元件灵敏度或磁场灵敏度以及电流灵

7、敏度、电势灵敏度表示：KH——Hall元件灵敏度，表示霍耳电势VH与磁感应强度B和控制电流I乘积之间的比值，mV/(mA·KGs)。因为霍耳元件的输出电压要由两个输入量的乘积来确定,故又称为乘积灵敏度。11KB——磁场灵敏度，通常以额定电流为标准。磁场灵敏度等于霍耳元件通以额定电流时每单位磁感应强度对应的霍耳电势值。常用于磁场测量等情况。KI——电流灵敏度，电流灵敏度等于霍耳元件在单位磁感应强度下电流对应的霍耳电势值。若控制电流值固定，则：VH＝KBB若磁场值固定，则：VH＝KII123、最大输出功率在霍耳电极间接入负载后，元

8、件的功率输出与负载的大小有关，当霍耳电极间的内阻R2等于霍耳负载电阻R3时，霍耳输出功率为最大。4、最大效率霍耳器件的输出与输入功率之比，称为效率，和最大输出对应的效率，称为最大效率，即：5、负载特性当霍耳电极间串接有负载时，因为流过霍耳电流，在霍尔元件上将产生压降，故实际霍