第7章 磁敏传感器-霍尔式ppt课件.ppt

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1、一、霍耳磁敏传感器二、磁敏二极管和磁敏三极管三、磁敏电阻第七章磁敏传感器一、霍耳磁敏传感器（一）霍耳效应通电的导体或半导体，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势的现象。+I+++++++++++－－－－－－Ｂlwd霍耳效应原理图VH（二）霍耳磁敏传感器工作原理设霍耳片的长度为l，宽度为w，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，它受到洛仑兹力e—电子电量(1.62×10-19C)；v—电于运动速度。同时，作用于电子的电场力当达到动态平衡时霍耳电势VH与I、B的乘积成正比，而与d成反比。于

2、是可改写成：电流密度j=nevn—N型半导体中的电子浓度N型半导体P型半导体—霍耳系数，由载流材料物理性质决定。ρ—材料电阻率p—P型半导体中的空穴浓度μ—载流子迁移率,μ=v/E,即单位电场强度作用下载流子的平均速度。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。设KH=RH/dKH—霍耳器件的乘积灵敏度。它与载流材料的物理性质和几何尺寸有关，表示在单位磁感应强度和单位控制电流时霍耳电势的大小。若磁感应强度B的方向与霍耳器件的平面法线夹角为θ时，霍耳电势应为：VH

3、＝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。霍耳器件片a)实际结构(mm)；(b)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（霍耳器件）dsl（b）2.15.42.7AB0.20.50.3CD（a）w电流极霍耳电极R4ABCDR1R2R3R4（c）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

4、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。器件电流(控制电流或输入电流):流入到器件内的电流。电流端子A、B相应地称为器件电流端、控制电流端或输入电流端。H图2.6-4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。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

5、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霍耳器件的基本电路R实际使用时,器件输入信号可以是I或B，或者IB,而输出可以正比于I或B,或者正比于其乘积IB。上两式是霍耳器件中的基本公式。即：输入电流或输入电压和霍耳输出电势完全呈线性关系。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

6、控制电流I和霍耳电势VH的关系式（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：可以用乘积灵敏度或磁场灵敏度以及电流灵敏度、电势灵敏度表示：KH——乘积灵敏度，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，通常以mV/(mA·0.1T)。因为霍耳元件的输出电压要由两个输入量的乘积来确定,故称为乘积灵敏度。KB——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

7、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＝KII3、额定电流：霍耳元件的允许温升规定着一个最大控制电流。4、最大输出功率在霍耳电极间接入负载后，元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。5、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：6、负载特性当霍耳电极间串接有负载时，因为流过霍耳电流，在其内阻上将产生压降，故实际霍耳电势比理论值小。由于霍

8、耳电极间内阻和磁阻效应的影响，霍耳电势和磁感应强度之间便失去了线性关系。如图所示。8060402000.20.40.60.81.0VH/mVλ=∞λ=7.0λ=1.5λ=3.0B/T理论值实际值VHR3I霍耳电势的负载特性λ=R3/R2霍耳电势随负载电阻值而改变的情况7、温度