霍尔式传感器原理及应用课件.ppt

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1、一、霍尔传感器19世纪后期，已发现在金属中存在霍尔效应由于其效应很微弱，很久未被重视20世纪中叶，半导体科学的发展才制成实用型的元件20世纪60年代后，成为值得重视的技术工具带电粒子在磁场中的运动会受到洛伦兹力FL的作用洛伦兹力FL的方向由左手定则决定洛伦兹力的作用结果，使带电粒子偏向c，d电极在垂直于B和I的方向上产生一感应电动势VH该现象称为霍尔效应，所产生的电动势VH称为霍尔电势1.基本原理厚度为d的N型半导体薄片上垂直作用了磁感应强度为B的磁场若在一个方向上通以电流IN型半导体中多数载流子

2、为电子——它沿与电流的相反方向运动霍尔电势VH的大小由下式决定：(3-48)式中KH——霍尔常数，表示单位磁感应强度和单位控制电流下所得的开路霍尔电势，取决于材质、元件尺寸，并受温度变化影响；α——电流方向与磁场方向夹角，如两者垂直，则sinα＝1。纯金属中自由电子浓度过高，霍尔效应微弱，无实用价值半导体是霍尔元件的常用材料材料的厚度d愈小，则KH就愈大、灵敏度愈高2.霍尔传感器的应用片芯是一块矩形半导体薄片一般采用N形锗、锑化铟、砷化铟、砷化镓和磷砷化铟等长边两侧面焊有两根控制电流极引线，短边两

3、侧面的中点焊以两导线输出霍尔电势霍尔芯片一般用非磁性金属、陶瓷或环氧树脂封装(3-48)式(3-48)可知，改变I或B，或两者同时改变均会引起VH的变化利用该原理可以做成各种传感元件霍尔传感器的结构在磁场和控制电流的作用下，输出端有电压输出使用时，I和B都可作为输入信号，输出信号正比于两者的乘积建立霍尔电势所需的时间极短(10-12~10-14)所测外界信号频率可以很高(3-48)霍尔元件的基本电路R为调节电阻，调节控制电流的大小VH两端为霍尔电势输出端霍尔元件可制成位移传感器霍尔元件置于两相反方

4、向的磁场中在a、b两端通入控制电流i左半产生的霍尔电势VH1和右半产生的霍尔电势VH2方向相反c，d两端输出电压是VH1-VH2，若使初始位置时VH1=VH2，则输出电压为零。当霍尔元件相对于磁极作x方向位移时，可得到输出电压VH=VH1-VH2，且ΔVH数值正比于位移量Δx，正负方向取决于位移Δx的方向霍尔元件传感器既能测量位移的大小，又能鉴别位移的方向霍尔元件在静止状态下具有感受磁场的独特能力霍尔元件的特点：结构简单可靠体积小噪声低动态范围大(输出电压变化范围可达1000:1)频率范围宽(从直

5、流到微波频段)寿命长价格低可以广泛应用于测量：位移可转化为位移的力和加速度磁场变化应用中不用永久磁铁产生的磁场，而是用一个可变电流作激磁的可变磁场，输出电压就决定于控制电流和激磁电流的乘积——霍尔元件就成了一种两个模拟信号的乘法器TheEnd