第九章 磁敏传感器详解ppt课件.ppt

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1、9.1霍尔传感器9.2磁敏电阻9.3结型磁敏管第9章磁敏传感器磁场电信号9.1霍尔传感器磁场电压UH9.1.1霍尔效应当把一块金属或半导体簿片垂直放在磁感应强度为B的磁场中，沿着垂直于磁场的方向通以电流I，就会在薄片的另一对侧面间产生电动势UH，如图9-1所示。这种现象称为霍尔效应，所产生的电动势称为霍尔电动势，这种薄片（一般为半导体）称为霍尔片或霍尔元件。图9-1霍尔效应原理图9.1霍尔传感器在磁场B中运动的电子将受到Lorentz力fLfL=evB(9-1)偏转,建立的霍尔电场EH对随后的运动电子施加一电场力fEfE=eEH=eUH/b(9

2、-2)平衡时，fL=fE，即evB=eUH/b(9-3)由于电流密度J=-nev(v为电子运动速度)，则电流强度为I=-nevbd(9-4)所以(9-5)式中，d—霍尔片度；n—电子浓度；RH=1/ne—霍尔系数；KH=RH/d=1/ned—霍尔灵敏度。9.1霍尔传感器从式(9-3)知，霍尔电压UH与载流子的运动速度v有关，即与载流子的迁移率有关。由于=v/El(El为电流方向上的电场强度)，材料的电阻=1/ne，所以霍尔系数RH与载流体材料的电阻率和载流子的迁移率的关系为RH=（9-6）金属导体：大，但小（n大）；绝缘

3、体：大（n小），但小；它们都不宜作霍尔元件(RH太小)。半导体：、适中—适宜作霍尔元件。9.1霍尔传感器霍尔电压UH还与元件的几何尺寸有关：KH=1/ned厚度d越小越好，一般d=0.01mm；宽度b加大，或长宽比（l/b）减小时，将会使UH下降，应加以修正式中，f(l/b)—形状效应系数，如表9-2所示。一般取l/b=2~2.5，则f(l/b)1，就足够了。9.1霍尔传感器图9-1霍尔元件示意图a)原理图；b)结构图；c)图形符号；d)外形图9.1霍尔传感器9.1.2霍尔元件主要技术参数1.输入电阻Ri和输出电阻RoRiRo，

4、Ri、Ro=100~2000。2.额定控制电流Ic—使霍尔元件在空气中产生10C温升的控制电流Ic=(几~几十)mA。3.不等位电势U0和不等为电阻R0霍尔元件在额定控制电流作用下，不加外磁场时其霍尔电极间的电势为不等位电势U0，主要是由于两电极不在同一等位面上以及材料电阻率不均匀等因素引起的，一般U010mV。等效为不等为电阻R0=U0/Ic。4.灵敏度KH在单位磁感强度下，通以单位控制电流时所产生的开路霍尔电压（mV/mA·T或mV/mA·kGs）。9.1霍尔传感器5.寄生直流电势UoD在不加外磁场时，交流控制电流通过霍尔元件而在霍尔

5、电极间产生的直流电势为寄生直流电势UoD。它主要是由于电极与霍尔片间的非完全欧姆接触所产生的整流效应造成的。6.霍尔电势温度系数为温度变化1C时，霍尔电势变化的百分率（%/C）。7.电阻温度系数为温度变化1C时，霍尔元件电阻变化的百分（%/C）8.灵敏度温度系数为温度变化1C时，霍尔元件灵敏度的变化率。9.线性度表9-3列出几种霍尔元件的主要技术性能。9.1霍尔传感器9.1.3基本误差及其补偿9.1.3.1温度误差及其补偿温度变化，导致霍尔元件内阻（Ri、Ro)和霍尔灵敏度（KH）等变化，给测量带来一定误差，即温度误差。为

6、了减温度误差，需采取温度补偿措施。9.1霍尔传感器1.采用恒流源供电和输入回路并联电阻温度变化引起霍尔元件输入电阻Ri变化，在稳压源供电时，使控制电流变化，带来误差。为了减小这种误差，最好采用恒流源(稳定度0.1%)提供控制电流。但灵敏度系数KH也是温度的函数，因此采用恒流源后仍有温度误差。为了进一步提高UH的温度稳定性，对于具有正温度系数的霍尔元件，可在其输入回路并联电阻R，如图9-2所示。图9-2恒流源及输入并联电阻温度补偿电路9.1霍尔传感器由补偿电路图知，在温度t0和t时(9-8)(9-9)(9-10)(9-11)当温度影响完全补偿时

7、，UH0=UHt，则(9-12)将式(9-8)~式(9-11)代入式(9-12)，可得(9-13,14)9.1霍尔传感器2．选取合适的负载电阻RL霍尔元件的输出电阻R。和霍尔电势都是温度的函数(设为正温度系数)，霍尔元件应用时，其输出总要接负载RL(如电压表内阻或放大器的输入阻抗等)。当工作温度改变时，输出电阻R。的变化必然会引起负载上输出电势的变化。RL上的电压为式中，Ro0—温度为t0时霍尔元件的输出电阻。要使负载电压UL不随温度变化，即9.1霍尔传感器3.采用恒压源和输入回路串联电阻当霍尔元件采用稳压源供电，且霍尔输出开路状态下工

8、作时，可在输入回路中串人适当电阻来补偿温度误差，其分析过程与结果同式(9-14)。9.1霍尔传感器4．采用温度补偿元件这是一种常用的温度误差补偿方法，