磁电传感器学习资料.ppt

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1、磁电传感器霍尔效应演示当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作用，向内侧偏移，在半导体薄片c、d方向的端面之间建立起霍尔电势cdab一、霍尔效应如图所示，在半导体薄片上垂直施加磁场B，在薄片两短边b方向通入控制电流I，则在薄片两长边L方向产生电动势，这种现象称之为霍尔效应，该电动势称为霍尔电压UH，该半导体薄片称为霍尔元件。霍尔效应原理图v：半导体中电子在控制电流I作用下的运动方向和速度FL：电子受到磁场的洛伦兹力，其大小为FE：霍尔电场的电场力式中RH—霍尔常数（m3/c）—霍尔元件形状系数d—霍尔

2、元件厚度（m）L—霍尔元件长度（m）b—霍尔元件宽度（m）I—控制电流（A）B—磁感应强度（特斯拉T，即Wb/m2）霍尔电压UH的大小为霍尔元件的半导体材料性能及几何尺寸确定后，霍尔元件的输出电压UH正比于控制电流I和磁感应强度B。令，称之为霍尔元件灵敏度，则改写为霍尔元件d越小，即霍尔元件约薄，灵敏度越高1．UH—I特性当KH和B为定值时，在一定的温度下，霍尔电压UH与控制电流I有较好的线性关系霍尔元件可直接用于测量电流或激励源电压2．UH—B特性当KH和I为定值时，霍尔电压UH与磁场B具有单值关系

3、，在磁不饱和时（一般B小于0.5T）UB与B具有线性关系。利用这一特性，霍尔元件可用于测量交、直流磁感应强度或磁场强度；二、霍尔元件的基本特性霍尔式钳形电流表1－冷轧硅钢片圆环2－被测电流导线3－霍尔元件4－霍尔元件引脚利用钢环将磁场集中到霍尔元件上式中：I是霍尔元件的控制电流，K=KHKII是电流表的灵敏度。3．UH—IB特性利用UH与IB的乘积关系，霍尔元件可作成乘法器，当控制电流I和磁场B为同一电源激励时，可利用霍尔元件进行电源输出功率的测量。4．开关特性霍尔元件霍尔效应的建立时间极短（10－1

4、2～10－14S），适宜于作高频信号的检测或无触点开关，利用这一特性，霍尔元件可用于制作计数器或转速计。5．集成特性霍尔元件具有结构简单、体积小、无活动部件，便于与测量电路一起作成集成霍尔传感器。霍尔式功率变换器原理被测电压为Ub，电流为Ib，两者相位差为φ。同时，由Ub通过R产生霍尔元件的控制电流I。即：电流Ib产生的磁场为：式中：K=KHKUKB，Ub、Ib为有效值利用滤波器滤去二倍频交流分量，则最终的输出为滤波器的输出与有用功率成正比。三、测量电路霍尔元件基本测量电路如图7－4所示。霍尔电压UH

5、一般为毫伏数量级，因而实际应用时霍尔效应输出电压UH要接差动放大器；根据霍尔元件工作条件不同，霍尔电压可以是线性量或开关量，因而其测量电路可能是线性型或开关型。（a）线性型（b）开关型霍尔元件测量电路四、误差及其补偿1．零位误差及其补偿霍尔元件在控制电流I=0或磁场B=0时出现的霍尔电压ΔUH，称之为零位误差。引起零位误差的原因主要有如下三个因素。（1）直流寄生电势霍尔元件控制电流或霍尔电压两引线电极焊点大小不等、热容量不同,或接触不良、欧姆电阻大小不等，因而引起温差电势。提高电极焊点结构上的对称性，

6、保持电极引线接触良好，且散热条件相同，可以减小这种直流寄生电势。（2）寄生感应电势当控制电流I为交变电流时,此电流形成的交变磁场在电极引线上要产生寄生感应电势。为了减小寄生感应电势,要求各电极引线尽可能短,且布线合理以减少磁交链。（3）不等位电势霍尔元件控制电流I和霍尔电压UH的四电极分布不对称而引起的寄生不等位电势霍尔元件不等位电势原理图a）不对称电极（b）电极等效电桥不等位电势是产生零位误差的主要原因，其大小通常具有霍尔电压UH相同的数量级必须采取电路补偿的方法以消除不等位电势（a）是电阻值较大的

7、桥臂上并联电阻（b）是在两相邻桥臂上并联电阻不等位电势补偿电路高斯计原理图电流计原理图2．电流计（电压计）测I或U六、霍尔传感器的应用1．高斯计测B直放式（开环）电流传感器磁平衡式（闭环）电流传感器霍尔电压（闭环）传感器钳形电流表电流传感器转速计原理图3．转速计霍尔元件上获得周期变化的磁脉冲，因而产生相应的霍尔脉冲电压，此脉冲电压单位时间内的个数，正比于转轴的旋转速度，从而实现转速的检测；转盘上磁铁对数越多，传感器测速的分辨率越高几种霍尔式转速传感器的结构霍尔转速表霍尔转速表原理霍尔转速表原理霍尔接近

8、开关某霍尔式压力计中，弹簧最大位移为±1.5mm控制电流I=10mA，要求传感器输出电动势为±20mV选用霍尔元件灵敏度系数KH=1.2mV/(mA▪T)求所要求线性磁场在弹簧伸缩方向的梯度为多大UH=KHBIB=UH/(KHI)=±20/(1.2×10)=±1.67TΔX=±1.5mm时要求磁场强度变化ΔB=±1.67T因此磁场梯度为ΔB/ΔX=±1.67T/±1.5mm=1.11T/mm第二节磁敏电阻一、磁阻效应某些半导体材料在磁场作用下，不但产生霍