磁敏式传感器ppt课件.ppt

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1、7.2霍尔传感器的工作原理与特性7.2.1霍尔效应在置于磁场中的导体或半导体内通入电流，若电流与磁场垂直，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电动势差，这种现象称为霍尔效应。利用霍尔效应制成的元件称为霍尔传感器。所产生的电动势称为霍尔电势。如图，在长、宽、高分别为L、W、H的半导体薄片的相对两侧a、b通以控制电流，在薄片垂直方向加以磁场B。设图中的材料是N型半导体，导电的载流子是电子。在图示方向磁场的作用下，电子将受到一个由c侧指向d侧方向力的作用，这个力就是洛仑兹力。洛仑兹力用表示，大小为：电子

2、电荷量载流子的运动速度磁感应强度1当载流导体或半导体处于与电流相垂直的磁场中时，在其两端将产生电位差，这一现象被称为霍尔效应。霍尔效应产生的电动势被称为霍尔电势。霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中洛伦兹力作用的结果。2在洛仑兹力的作用下，电子向d侧偏转，使该侧形成负电荷的积累，c侧则形成正电荷的积累。这样，c、d两端面因电荷积累而建立了一个电场,称为霍尔电场。该电场对电子的作用力与洛仑兹力的方向相反，即阻止电荷的继续积累。当电场力（）与洛仑兹力大小相等时，达到动态平衡。这时有霍尔效应与霍尔元件所以霍

3、尔电场的强度为（7-2）在c与d两侧面间建立的电动势差称为霍尔电势，用表示当材料中的电子浓度为n时（7-3）3设---霍尔系数，得设---霍尔灵敏度，则（7-5）反映材料霍尔效应的强弱，是由材料性质所决定的一个常数大小霍尔灵敏度，它表示霍尔元件在单位控制电流和单位磁感应强度时产生的霍尔电势的大小（7-7）霍尔片的厚度4霍耳电势与材料的关系通过以上分析，可以看出⑴霍耳电压UH大小与材料的性质有关。一般来说，金属材料n较大，导致RH和KH变小，故不宜做霍耳元件。霍耳元件一般采用N型半导体材料。RH=1/n

4、q⑵霍耳电压UH与元件的尺寸关系很大，生产元件时要考虑到以下几点：1）根据式，H愈小，KH愈大，霍耳灵敏度愈高，所以霍耳元件的厚度都比较薄。但H太小，会使元件的输入、输出电阻增加，因此，也不宜太薄。2）元件的长宽比对UH也有影响。L/W加大时，控制电极对霍耳电压影响减小。但如果L/W过大，载流子在偏转过程中的损失将加大，使UH下降，通常要对式（7-7）加以形状效应修正：(7-7）式（7-7）中，为形状效应系数，其修正值如下表所示。通常取L/W0.51.01.52.02.53.04.0f(L/W)0.3

5、700.7750.8410.9230.9770.9840.9975霍耳电势与材料的关系3）霍耳电压UH与控制电流及磁场强度有关。根据式UH正比于I及B。当控制电流恒定时，B愈大，UH愈大。当磁场改变方向时，UH也改变方向。同样，当霍耳灵敏度KH及磁感应强度B恒定时，增加控制I,也可以提高霍耳电压的输出。但电流不宜过大，否则，会烧坏霍耳元件。67.2.2霍尔元件的结构和主要参数霍尔元件是一种四端型器件，如图7-2所示，它由霍尔片、4根引线和壳体组成。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片，尺寸一般为4mm×2m

6、m×0.1mm。通常为红色的两个引线A、B为控制电流，C、D两个绿色引线为霍尔电势输出线。图7-2霍尔元件7霍尔元件基本结构霍尔片、引线和壳体组成。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片，四个引线。控制（激励）电极：两根－＞加激励电压或电流，霍尔电极：两根－＞霍尔输出引线。封装：壳体－＞导磁金属、陶瓷或环氧树脂电路符号8霍耳元件符号及代号国产器件常用H代表霍耳元件，后面的字母代表元件的材料，数字代表产品的序号。如HZ-1元件，说明是用锗材料制成的霍耳元件；HT-1元件，说明是用锑化铟（InSb）材料制成的元件

7、。9霍尔元件基本特性线性特性与开关特性负载特性温度特性10主要特征参数（1）额定控制电流I：使霍尔片温升10℃所施加的控制电流值。（2）输入电阻Ri：指控制电极间的电阻值。（3）输出电阻Ro：指霍尔电势输出极之间的电阻值。相当于一个电压源，其电源内阻（4）最大磁感应强度BM：磁感应强度超过BM时，霍尔电势的非线性误差明显增大，数值一般小于零点几特斯拉。11关于电流的说明额定激励电流：当霍尔元件自身温升10℃时所流过的激励电流。最大允许激励电流：以元件允许最大温升为限制所对应的激励电流。激励电流增加－＞

8、霍尔电势线性增加，所以，使用中希望选用尽可能大的激励电流，需要知道元件的最大允许激励电流，改善霍尔元件的散热条件，可以使激励电流增加。12（5）不等位电势：在额定控制电流下，当外加磁场为零时，霍尔输出端之间的开路电压称为不等位电势。它是由于四个电极的几何尺寸不对称引起的，如图7-3所示。使用时多采用电桥法来补偿不等位电势引起的误差。图7-3霍尔元件的不等位电势13（7）霍尔电势温度系数：在磁感应强度及控制电流一定情况下，温度变化l℃相应霍尔电势变化的百分