第8章 磁電式傳感器

1、12IBKUHHHKHULbdBIHEIHUxyz半導(dǎo)體II3evBqvBFLHEeEFbUEHH而HUevBeb nedIBUH()d QIn b d ved tpedIBUHLbdBIHEIHUxyz4IBKUHHdIBRUHH或neRH1peRH1霍爾系霍爾系數(shù)數(shù)3、霍爾系數(shù)及靈敏度、霍爾系數(shù)及靈敏度設(shè)設(shè)HHRKd霍爾元件霍爾元件靈敏度靈敏度1p Q1n QneRH1peRH1HR半導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體絕緣體金屬金屬形狀效應(yīng)修正形狀效應(yīng)修正1()HHLURIB fdb5輸入1輸入2輸出1輸出2磁性頂端引線襯底霍爾元件674、霍爾電勢溫度系數(shù)、霍爾電勢溫度系數(shù)在一定的磁感應(yīng)強(qiáng)度和控制電流下，溫

2、度每變化在一定的磁感應(yīng)強(qiáng)度和控制電流下，溫度每變化1 時(shí)，時(shí)，霍爾電勢變化的百分率?；魻栯妱葑兓陌俜致?。5、內(nèi)阻溫度系數(shù)、內(nèi)阻溫度系數(shù)霍爾元件在無磁場及工作溫度范圍內(nèi)，溫度每變化霍爾元件在無磁場及工作溫度范圍內(nèi)，溫度每變化1 時(shí)，時(shí)，輸入電阻輸入電阻 與輸出電阻與輸出電阻R 變化的百分率。變化的百分率。6、靈敏度、靈敏度KH單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流作用時(shí)，所能輸出霍爾電單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流作用時(shí)，所能輸出霍爾電勢的大小。勢的大小。8EWLRIBHUBIIBdIBRUHH91WIHUE2WABIHUB10V15V151R3R4R2RfR1234V15V151R3R4R2R12341

3、1霍爾元件的電磁特性霍爾元件的電磁特性1、UH-I特性特性磁場恒定磁場恒定(/ )IHB constKUI2、UH-B特性特性控制電流不變控制電流不變12IAB0UCD1R3R4R2RABCD131R2R4R3RWABCDIABCDW1R2R4R3RWABCDIABCDW1R2R4R3RWABCDIABCDW14I1234RHV15（1）利用輸出回路并聯(lián)電阻進(jìn)行補(bǔ)償）利用輸出回路并聯(lián)電阻進(jìn)行補(bǔ)償元件的輸出電阻元件的輸出電阻Rt0變到變到Rt0(1)ttRRt0(1)HtHtUUtRL上的電壓上的電壓00(1)(1)LLtHttLRtUURtR補(bǔ)償電阻補(bǔ)償電阻RL上電壓隨溫上電壓隨溫度變化最小的

4、極值條件度變化最小的極值條件0LtdUdt即即0LtRR16（2）利用輸入回路的串聯(lián)電阻進(jìn)行補(bǔ)償）利用輸入回路的串聯(lián)電阻進(jìn)行補(bǔ)償霍爾電勢增加值霍爾電勢增加值0HHtUUt輸入電阻增加值輸入電阻增加值0iitRRt控制電流減小量控制電流減小量000(1)(1)itHHitRttUURRt若要得到全補(bǔ)償應(yīng)有若要得到全補(bǔ)償應(yīng)有HHUU 0()(1)itRtR17寄生直流電勢寄生直流電勢 霍爾電極不可能做到完全的歐姆接觸，在控制電流霍爾電極不可能做到完全的歐姆接觸，在控制電流極和霍爾電極上都可能出現(xiàn)整流效應(yīng)。當(dāng)元件在不加磁極和霍爾電極上都可能出現(xiàn)整流效應(yīng)。當(dāng)元件在不加磁場的情況下通入交流控制電流時(shí)，它

5、的輸出除了交流不場的情況下通入交流控制電流時(shí)，它的輸出除了交流不等值電勢外，還有一直流分量，稱為寄生直流電勢。等值電勢外，還有一直流分量，稱為寄生直流電勢。感應(yīng)電勢感應(yīng)電勢 霍爾元件在交變磁場中工作時(shí)，及時(shí)不加控制電霍爾元件在交變磁場中工作時(shí)，及時(shí)不加控制電路，由于霍爾電勢的引線布局不合理，在輸出回路中路，由于霍爾電勢的引線布局不合理，在輸出回路中也會產(chǎn)生附加感應(yīng)電勢。也會產(chǎn)生附加感應(yīng)電勢。18)273. 01 (220BBB0B0B2220)(273.0BkB19IIIIIIBBB2020()1LkBfbLfbLb0)10(1TBl/b=3l/b=1l/b=1/321磁阻)1 . 0(TB

6、）電阻（）溫度（ C22PNI區(qū)rPN結(jié)型的磁結(jié)型的磁電轉(zhuǎn)換元件電轉(zhuǎn)換元件PNI區(qū)r23PNI面rHPNI面rHPNI面r2425IkGs2kGs5 . 1kGs10kGs5 . 0kGs5 . 0kGs2kGs5 . 1kGs1kGs5 . 1）電壓（V26實(shí)際使用時(shí)必須對其進(jìn)行溫度補(bǔ)償實(shí)際使用時(shí)必須對其進(jìn)行溫度補(bǔ)償27 互補(bǔ)式溫度補(bǔ)償電路互補(bǔ)式溫度補(bǔ)償電路28 差分式電路差分式電路 全橋電路全橋電路 熱敏電阻補(bǔ)償電路熱敏電阻補(bǔ)償電路29bcePNNIrbcePNNrbcexy復(fù)合基區(qū)輸運(yùn)基區(qū)I30PNNrbcexy復(fù)合基區(qū)輸運(yùn)基區(qū)HPNNrbcexy復(fù)合基區(qū)輸運(yùn)基區(qū)HPNNrbcexy復(fù)合

7、基區(qū)輸運(yùn)基區(qū)I313、磁敏三極管的主要特性、磁敏三極管的主要特性（1）磁電特性）磁電特性（2）伏安特性）伏安特性32（3）溫度特性及其補(bǔ)償）溫度特性及其補(bǔ)償 溫度系數(shù)有兩種，一是靜態(tài)集電極電流溫度系數(shù)有兩種，一是靜態(tài)集電極電流ICO的溫度的溫度系數(shù)，一種是磁靈敏度系數(shù)，一種是磁靈敏度h的溫度系數(shù)。的溫度系數(shù)。在使用溫度在使用溫度t1t2范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，Ico隨溫度的改變量與常溫時(shí)的隨溫度的改變量與常溫時(shí)的Ico之比為相對變化量，平均每度的相對變化量為之比為相對變化量，平均每度的相對變化量為Ico的溫的溫度系數(shù)度系數(shù)CTIco2121( )( )100%(25)cocococoItItCTIIt

8、t)(在使用溫度在使用溫度t1t2范圍內(nèi)，范圍內(nèi)， h的改變量與常溫的的改變量與常溫的h值之比值之比為相對變化量。定義每度的相對變化量為為相對變化量。定義每度的相對變化量為h的溫度系數(shù)的溫度系數(shù)CT h2121( )( )(25)h th tCThhtt)(33磁敏三極管受溫度影響較大，需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償磁敏三極管受溫度影響較大，需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償正溫度系數(shù)的普通正溫度系數(shù)的普通三極管補(bǔ)償電路三極管補(bǔ)償電路磁敏二極管磁敏二極管補(bǔ)償電路補(bǔ)償電路差分式補(bǔ)償電路差分式補(bǔ)償電路34頻率特性頻率特性3BCM鍺磁敏三極管對于交變磁場的響應(yīng)時(shí)間約為鍺磁敏三極管對于交變磁場的響應(yīng)時(shí)間約為2s s，截止頻率為截止頻

9、率為500KHz500KHz左右。左右。3CCM3CCM硅磁敏三極管對于交變磁硅磁敏三極管對于交變磁場的響應(yīng)時(shí)間為場的響應(yīng)時(shí)間為0.4 0.4 s，截止頻率為，截止頻率為2.5MHz。磁靈敏度磁靈敏度100%/CBcocoIIhTI B正負(fù)向磁靈敏度表示在正負(fù)向磁靈敏度表示在0.1T磁場作用下集電極磁場作用下集電極電流的相對變化量，輸出電流的相對變化量，輸出電壓電壓USC的磁靈敏度為的磁靈敏度為()CSCUh EU工作電壓工作電壓工作電壓范圍較寬，噪聲小于磁敏二極管，功耗較低工作電壓范圍較寬，噪聲小于磁敏二極管，功耗較低35霍爾傳感器的應(yīng)用霍爾傳感器的應(yīng)用1.電流傳感器由于通電螺線管內(nèi)部存在磁

10、場，其大小與導(dǎo)線中的電流成正比，故可以利用霍爾傳感器測量出磁場，從而確定導(dǎo)線中電流的大小。利用這一原理可以設(shè)計(jì)制成霍爾電流傳感器。其優(yōu)點(diǎn)是不與被測電路發(fā)生電接觸，不影響被測電路，不消耗被測電源的功率，特別適合于大電流傳感。 標(biāo)準(zhǔn)圓環(huán)鐵芯有一個(gè)缺口，將霍爾傳感器插入缺口中，圓環(huán)上繞有線圈，當(dāng)電流通過線圈時(shí)產(chǎn)生磁場，則霍爾傳感器有信號輸出。 362.位移測量 兩塊永久磁鐵同極性相對放置，將線性型霍爾傳感器置于中間，其磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，這個(gè)點(diǎn)可作為位移的零點(diǎn)，當(dāng)霍爾傳感器在Z軸上作Z位移時(shí)，傳感器有一個(gè)電壓輸出，電壓大小與位移大小成正比如果把拉力、壓力等參數(shù)變成位移，便可測出拉力及壓力的大小。373.

11、測轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)數(shù)在非磁性材料的圓盤邊上粘一塊磁鋼，霍爾傳感器放在靠近圓盤邊緣處，圓盤旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器就輸出一個(gè)脈沖，從而可測出轉(zhuǎn)數(shù)（計(jì)數(shù)器），若接入頻率計(jì)，便可測出轉(zhuǎn)速。 如果把開關(guān)型霍爾傳感器按預(yù)定位置有規(guī)律地布置在軌道上，當(dāng)裝在運(yùn)動(dòng)車輛上的永磁體經(jīng)過它時(shí)，可以從測量電路上測得脈沖信號。根據(jù)脈沖信號的分布可以測出車輛的運(yùn)動(dòng)速度。 384.防盜報(bào)警器將小磁鐵固定在門的邊緣上，將霍爾傳感器固定在門框的邊緣上，讓兩者靠近，即門處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，磁鐵靠近霍爾傳感器，輸出端為低電平，當(dāng)門被非法撬開時(shí)，霍爾傳感器輸出端為高電平，非門輸出端為低電平，繼電器吸合，閉合，蜂鳴器得電后發(fā)出報(bào)警聲音。 395. 公共汽車門狀態(tài)顯示器三片開關(guān)型霍爾傳感器分別裝在汽車的三個(gè)門框上，在車門適當(dāng)位置各固定一塊磁鋼，當(dāng)車門開著時(shí)，磁鋼遠(yuǎn)離霍爾開關(guān)，輸出端為高電平。若三個(gè)門中有一個(gè)未關(guān)好，則或非門輸出為低電平，紅燈亮，表示還有門未關(guān)好，若三個(gè)門都關(guān)好，則或非門輸出為高電平，綠燈亮，表示車門關(guān)好，司機(jī)可放心開車。 40例例8-1 已知某霍爾元件尺寸為長已知某霍爾元件尺寸為長L=10mm，寬，寬b=3.5mm，厚厚d=1mm，沿，沿L方向通以電流方向通以電流I=1.0mA，在垂直于，在垂直于bd兩方向上加