霍尔传感器的工作原理及应用ppt课件.ppt

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1、霍尔传感器霍尔传感器的定义霍尔传感器工作原理霍尔元件的结构和基本电路霍尔元件的主要特性参数霍尔元件误差及补偿霍尔式传感器的应用下一页返回霍尔传感器的定义上一页下一页返回霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。起源：1879年美国物理学家霍尔首先在金属材料中发现了霍尔效应,但由于金属材料的霍尔效应太弱而没有得到应用。发展：随着半导体技术的发展,开始用半导体材料制成霍尔元件,由于它的霍尔效应显著而得到应用和发展。应用：霍尔传感器广泛用于电磁测量、压力、加速度、振动等方面的测量。霍尔传感器的原理霍尔效应：半导体薄片置于磁场中，当它的电流方向与磁场方向不一

2、致时，半导体薄片上平行于电流和磁场方向的两个面之间产生电动势。产生的电动势称霍尔电势半导体薄片称霍尔元件上一页下一页返回上一页下一页返回霍尔效应原理图载流子受洛仑兹力霍尔电场强度平衡状态电子运动平均速度上一页下一页返回因为霍尔电势霍尔常数霍尔常数大小取决于导体的载流子密度：金属的自由电子密度太大，因而霍尔常数小，霍尔电势也小，所以金属材料不宜制作霍尔元件。霍尔电势与导体厚度d成反比：为了提高霍尔电势值，霍尔元件制成薄片形状。霍尔元件灵敏度（灵敏系数）半导体中电子迁移率（电子定向运动平均速度）比空穴迁移率高，因此N型半导体较适合于制造灵敏度高的霍尔

3、元件上一页下一页返回霍尔元件的结构和基本电路霍尔元件上一页下一页返回图（a）中，从矩形薄片半导体基片上的两个相互垂直方向侧面上，引出一对电极，其中1-1电极用于加控制电流，称控制电极。另一对2-2电极用于引出霍尔电势，称霍尔电势输出极。在基片外面用金属或陶瓷、环氧树脂等封装作为外壳。图（b）是霍尔元件通用的图形符号。图（c）所示，霍尔电极在基片上的位置及它的宽度对霍尔电势数值影响很大。通常霍尔电极位于基片长度的中间，其宽度远小于基片的长度。图（d）是基本测量电路。霍尔元件的主要特性参数上一页下一页返回当磁场和环境温度一定时:霍尔电势与控制电流I成

4、正比当控制电流和环境温度一定时:霍尔电势与磁场的磁感应强度B成正比当环境温度一定时:输出的霍尔电势与I和B的乘积成正比测量以上电阻时，应在没有外磁场和室温变化的条件下进行。霍尔元件的主要特性参数：上一页下一页返回(1)输入电阻和输出电阻输入电阻：控制电极间的电阻输出电阻：霍尔电极之间的电阻(2)额定控制电流和最大允许控制电流额定控制电流：当霍尔元件有控制电流使其本身在空气中产生10℃温升时，对应的控制电流值(3)不等位电势Uo和不等位电阻ro不等位电势：当霍尔元件的控制电流为额定值时，若元件所处位置的磁感应强度为零，测得的空载霍尔电势。不等位电势

5、是由霍尔电极2和之间的电阻决定的，r0称不等位电阻上一页下一页返回最大允许控制电流：以元件允许的最大温升限制所对应的控制电流值上一页下一页返回(4)寄生直流电势当没有外加磁场，霍尔元件用交流控制电流时，霍尔电极的输出有一个直流电势控制电极和霍尔电极与基片的连接是非完全欧姆接触时，会产生整流效应。两个霍尔电极焊点的不一致，引起两电极温度不同产生温差电势(5)霍尔电势温度系数在一定磁感应强度和控制电流下，温度每变化1度时，霍尔电势变化的百分率。霍尔元件误差及补偿1.不等位电势误差的补偿2.温度误差及其补偿上一页下一页返回1.不等位电势误差的补偿可以把

6、霍尔元件视为一个四臂电阻电桥，不等位电势就相当于电桥的初始不平衡输出电压。上一页下一页返回电势的补偿电路对称电路当温度变化时，补偿的稳定性要好些上一页下一页返回2.温度误差及其补偿温度误差产生原因：霍尔元件的基片是半导体材料，因而对温度的变化很敏感。其载流子浓度和载流子迁移率、电阻率和霍尔系数都是温度的函数。当温度变化时，霍尔元件的一些特性参数，如霍尔电势、输入电阻和输出电阻等都要发生变化，从而使霍尔式传感器产生温度误差。上一页下一页返回减小霍尔元件的温度误差选用温度系数小的元件采用恒温措施采用恒流源供电上一页下一页返回恒流源温度补偿霍尔元件的灵

7、敏系数也是温度的函数，它随温度的变化引起霍尔电势的变化，霍尔元件的灵敏系数与温度的关系为温度T0时的KH值；温度变化量；霍尔电势的温度系数。上一页下一页返回大多数霍尔元件的温度系数α是正值时，它们的霍尔电势随温度的升高而增加（1+α△t）倍。同时，让控制电流I相应地减小，能保持KHI不变就抵消了灵敏系数值增加的影响。恒流源温度补偿电路当霍尔元件的输入电阻随温度升高而增加时，旁路分流电阻自动地加强分流，减少了霍尔元件的控制电流上一页下一页返回控制电流温度升到T时，电路中各参数变为上一页下一页返回温度为T0时霍尔元件输入电阻温度系数；分流电阻温度系数

8、。控制电流：为使霍尔电势不变，补偿电路必须满足:升温前、后的霍尔电势不变，经整理，忽略高次项后得上一页下一页返回当霍尔元件选定后，它的输