磁敏傳感技術(shù)

1、關(guān)于磁敏傳感技術(shù)第一張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 6.1 磁敏電阻器 磁敏電阻器（Magnetic Resistance ）是基于磁阻效應(yīng)的磁敏元件,也稱MR元件。磁敏電阻的應(yīng)用范圍比較廣，可以利用它制成磁場(chǎng)探測(cè)儀、位移和角度檢測(cè)器、安培計(jì)以及磁敏交流放大器等。一、磁阻效應(yīng) 若給通以電流的金屬或半導(dǎo)體材料的薄片加以與電流垂直或平行的外磁場(chǎng)，則其電阻值就增加。稱此種現(xiàn)象為磁致電阻變化效應(yīng)，簡(jiǎn)稱為磁阻效應(yīng)。第二張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月在外加磁場(chǎng)作用下，某些載流子受到的洛倫茲力比霍爾電場(chǎng)作用力大時(shí)，它的運(yùn)動(dòng)軌跡就偏向洛倫茲力的方向；這些載流子從一個(gè)電極流到另一個(gè)電極所

2、通過的路徑就要比無磁場(chǎng)時(shí)的路徑長(zhǎng)些，因此增加了電阻率。 當(dāng)溫度恒定時(shí)，在磁場(chǎng)內(nèi)，磁阻與磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 的平方成正比。如果器件只是在電子參與導(dǎo)電的簡(jiǎn)單情況下，理論推導(dǎo)出來的磁阻效應(yīng)方程為式中 B 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B時(shí)的電阻率； 0 零磁場(chǎng)下的電阻率； 電子遷移率； B 磁感應(yīng)強(qiáng)度。當(dāng)電阻率變化為B 0時(shí)，則電阻率的相對(duì)變化為：/0 = 0.2732B2 = K2B2由此可知，磁場(chǎng)一定時(shí)電子遷移率越高的材料（如InSb、InAs和NiSb等半導(dǎo)體材料），其磁阻效應(yīng)越明顯。第三張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 當(dāng)材料中僅存在一種載流子時(shí)磁阻效應(yīng)幾乎可以忽略，此時(shí)霍耳效應(yīng)更為強(qiáng)烈。若在電子和空穴

3、都存在的材料（如InSb）中，則磁阻效應(yīng)很強(qiáng)。 磁阻效應(yīng)還與磁敏電阻的形狀、尺寸密切相關(guān)。這種與磁敏電阻形狀、尺寸有關(guān)的磁阻效應(yīng)稱為磁阻效應(yīng)的幾何磁阻效應(yīng)。若考慮其形狀的影響。電阻率的相對(duì)變化與磁感應(yīng)強(qiáng)度和遷移率的關(guān)系可表達(dá)為 長(zhǎng)方形磁阻器件只有在L(長(zhǎng)度)b（寬度）的條件下，才表現(xiàn)出較高的靈敏度。把Ll的縱長(zhǎng)方形片，由于電子運(yùn)動(dòng)偏向一側(cè)，必然產(chǎn)生霍爾效應(yīng)，當(dāng)霍爾電場(chǎng)EH對(duì)電子施加的電場(chǎng)力fE和磁場(chǎng)對(duì)電子施加的洛倫茲力fL平衡時(shí)，電子運(yùn)動(dòng)軌跡就不再繼續(xù)偏移，所以片內(nèi)中段電子運(yùn)動(dòng)方向和長(zhǎng)度l的方向平行，只有兩端才是傾斜的。這種情況電子運(yùn)動(dòng)路徑增加得并不顯著，電阻增加得也不多。LbBB幾何磁阻效應(yīng)

4、II（a）（b）圖(b)是在Lb長(zhǎng)方形磁阻材料上面制作許多平行等間距的金屬條（即短路柵格），以短路霍爾電勢(shì)，這種柵格磁阻器件如圖（b）所示，就相當(dāng)于許多扁條狀磁阻串聯(lián)。所以柵格磁阻器件既增加了零磁場(chǎng)電阻值、又提高了磁阻器件的靈敏度。實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于InSb材料，當(dāng)B=1T時(shí)，電阻可增大10倍(因?yàn)閬聿患靶纬奢^大的霍爾電場(chǎng)EH)。第五張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 磁敏電阻通常使用兩種方法來制作： 一種是在較長(zhǎng)的元件片上用真空鍍膜方法制成，如圖(a)所示的許多短路電極(光柵狀)的元件； 另一種是由InSb和NiSb構(gòu)成的共晶式半導(dǎo)體(在拉制 InSb單晶時(shí)，加入1的Ni，可得InSb和

5、NiSb的共晶材料)磁敏電阻。這種共晶里，NiSb呈具有一定排列方向的針狀晶體，它的導(dǎo)電性好，針的直徑在1m左右，長(zhǎng)約100m，許多這樣的針橫向排列，代替了金屬條起短路霍爾電壓的作用。由于InSb的溫度特性不佳，往往在材料中加人一些N型碲或硒，形成摻雜的共晶，但靈敏度要損失一些。在結(jié)晶制作過程中有方向性地析出金屬而制成磁敏電阻，如上圖(b)所示。 除此之外，還有圓盤形，中心和邊緣處各有一電極，如上圖(c)所示。磁敏電阻大多制成圓盤結(jié)構(gòu)。 二、磁敏電阻的結(jié)構(gòu)第六張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 各種形狀的磁敏電阻，其磁阻與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系如右圖所示。由圖可見，圓盤形樣品的磁阻最大。 磁

6、敏電阻的靈敏度一般是非線性的，且受溫度影響較大；因此，使用磁敏電阻時(shí)必須首先了解如下圖所示的持性曲線。然后，確定溫度補(bǔ)償方案。磁阻元件的電阻值與磁場(chǎng)的極性無關(guān)，它只隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而增加磁阻元件的溫度特性不好，在應(yīng)用時(shí)，一般都要設(shè)計(jì)溫度補(bǔ)償電路。第七張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月磁敏電阻器的應(yīng)用：1 作控制元件 可將磁敏電阻用于交流變換器、頻率變換器、功率電壓變換器、磁通密度電壓變換器和位移電壓變換器等電路中作控制元件。 2作計(jì)量元件 可將磁敏電阻用于磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量、位移測(cè)量、頻率測(cè)量和功率因數(shù)測(cè)量等諸多方面。 3作開關(guān)電路 在接近開關(guān)、磁卡文字識(shí)別和磁電編碼器等方面。 4作運(yùn)算器

7、可用磁敏電阻在乘法器、除法器、平方器、開平方器、立方器和開立方器等方面使用。 5作模擬元件 可在非線性模擬、平方模擬、立方模擬、三次代數(shù)式模擬和負(fù)阻抗模擬等方面使用。 第八張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月磁敏電阻的應(yīng)用 根據(jù)鐵磁物體對(duì)地磁的擾動(dòng)，可檢測(cè)車輛的存在，可用于包括自動(dòng)開門，路況監(jiān)測(cè)，停車場(chǎng)檢測(cè)，車輛位置監(jiān)測(cè)，紅綠燈控制等。 第九張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 銻化銦(InSb)磁阻傳感器在磁性油墨鑒偽點(diǎn)鈔機(jī)中的應(yīng)用 InSb偽幣檢測(cè)傳感器安裝在光磁電偽幣檢測(cè)機(jī)上，其工作過程如上圖所示，電路原理圖如下圖所示。 電路工作原理圖InSb偽幣檢測(cè)傳感器工作原理與輸出特性

8、 當(dāng)紙幣上的磁性油墨沒有進(jìn)入位置1時(shí)，設(shè)輸出變化為零，如果進(jìn)入位置1，由于R2電阻增大，則輸出變化為0.3mV左右；如果進(jìn)入位置3時(shí)，則仍為0；如果進(jìn)入位置4，則為-0.3mV，如果進(jìn)入位置5，則仍為0，就這樣產(chǎn)生輸出特性，經(jīng)過放大、比較、脈沖展寬、顯示，就能檢測(cè)偽幣，達(dá)到理想效果。第十張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月半導(dǎo)體InSb磁敏無接觸電位器 半導(dǎo)體InSb磁敏無接觸電位器是半導(dǎo)體InSb磁阻效應(yīng)的典型應(yīng)用之一。與傳統(tǒng)電位器相比,它具有無可比擬的優(yōu)點(diǎn):無接觸電刷、無電接觸噪音、旋轉(zhuǎn)力矩小、分辨率高、高頻特性好、可靠性高、壽命長(zhǎng)。半導(dǎo)體InSb磁敏無接觸電位器是基于半導(dǎo)體InSb

9、磁阻效應(yīng)原理，由半導(dǎo)體InSb磁敏電阻元件和偏置磁鋼組成；其結(jié)構(gòu)與普通電位器相似。由于無電刷接觸，故稱無接觸電位器。磁敏無接觸電位器工作原理示圖和輸出特性曲線090-90 該電位器的核心是差分型結(jié)構(gòu)的兩個(gè)半園形磁敏電阻；它們被安裝在同一旋轉(zhuǎn)軸上的半園形永磁鋼上，其面積恰好覆蓋其中一個(gè)磁敏電阻；隨著旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，磁鋼覆蓋于磁阻元件的面積發(fā)生變化，引起磁敏電阻值發(fā)生變化，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸，即能調(diào)節(jié)其阻值。其工作原理和輸出電壓隨旋轉(zhuǎn)角度變化的關(guān)系曲線如圖所示。第十一張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月6.3 磁敏二極管和磁敏三極管 磁敏二極管、三極管是繼霍耳元件和磁敏電阻之后迅速發(fā)展起來的新型磁電轉(zhuǎn)換

10、元件。 霍爾元件和磁敏電阻均是用N型半導(dǎo)體材料制成的體型元件。磁敏二極管和磁敏三極管是PN結(jié)型的磁電轉(zhuǎn)換元件，它們具有輸出信號(hào)大、靈敏度高（磁靈敏度比霍耳元件高數(shù)百甚至數(shù)千倍） 、工作電流小、能識(shí)別磁場(chǎng)的極性、體積小、電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，它們比較適合磁場(chǎng)、轉(zhuǎn)速、探傷等方面的檢測(cè)和控制。 第十二張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月一、磁敏二極管的結(jié)構(gòu)和工作原理 1結(jié)構(gòu) 磁敏二極管的P型和N型電極由高阻材料制成，在P、N之間有一個(gè)較長(zhǎng)的本征區(qū)I，本征區(qū)I的一面磨成光滑的低復(fù)合表面(為I區(qū))，另一面打毛，設(shè)置成高復(fù)合區(qū)(為r區(qū))，其目的是因?yàn)殡娮?空穴對(duì)易于在粗糙表面復(fù)合而消失。當(dāng)通過正向電流后就

11、會(huì)在P、I、N結(jié)之間形成電流。由此可知，磁敏二極管是PIN型的。第十三張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 當(dāng)磁敏二極管未受到外界磁場(chǎng)作用時(shí)，外加正偏壓(P區(qū)為正)，則有大量的空穴從P區(qū)通過i區(qū)進(jìn)入N區(qū)，同時(shí)也有大量電子注入 P區(qū)，這樣形成電流，只有少量電子和空穴在i區(qū)復(fù)合掉。 當(dāng)磁敏二極管受到如下圖 (b)所示的外界磁場(chǎng)H+(正向磁場(chǎng))作用時(shí)，則電子和空穴受到洛侖茲力的作用而向r區(qū)偏轉(zhuǎn)，由于r區(qū)的電子和空穴復(fù)合速度比光滑面I區(qū)快，空穴和電子一旦復(fù)合就失去導(dǎo)電作用，意味著基區(qū)的等效電阻增大，電流減小。磁場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)，電子和空穴受到洛侖茲力就越大，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入由于r區(qū)而復(fù)合的電子和空穴數(shù)量

12、就越多，載流子減少，外電路的電流越小。 當(dāng)磁敏二極管受到如右圖(c)所示的外界磁場(chǎng)片H- (反向磁場(chǎng))作用時(shí)，則電子和空穴受到洛侖茲力作用而向I區(qū)偏移，由于電子、空穴復(fù)合率明顯變小，i區(qū)的等效電阻減小，則外電路的電流變大。 若在磁敏二極管上加反向偏壓(P區(qū)的負(fù))，則僅有很微小的電流流過，并且?guī)缀跖c磁場(chǎng)無關(guān)。 因此，該器件僅能在正向偏壓下工作。利用磁敏二極管的正向?qū)娏麟S磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化而變化的特性，即可實(shí)現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換。第十四張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月結(jié)論：隨著磁場(chǎng)大小和方向的變化，可產(chǎn)生正負(fù)輸出電壓的變化、特別是在較弱的磁場(chǎng)作用下，可獲得較大輸出電壓。若r區(qū)和r區(qū)之外的復(fù)合能力之

13、差越大，那么磁敏二極管的靈敏度就越高。 磁敏二極管反向偏置時(shí)，則在 r區(qū)僅流過很微小的電流，顯得幾乎與磁場(chǎng)無關(guān)。因而二極管兩端電壓不會(huì)因受到磁場(chǎng)作用而有任何改變。 第十五張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 3磁敏二極管的主要特性 (1)磁電待性 在給定條件下，磁敏二極管輸出的電壓變化與外加磁場(chǎng)的關(guān)系稱為磁敏二極管的磁電持性。 磁敏二極管通常有單只和互補(bǔ)兩種使用方式。它們的磁電特性如下圖所示。由圖可知，單只使用時(shí)，正向磁靈敏度大于反向；互補(bǔ)使用時(shí)，正、反向磁靈敏度曲線對(duì)稱，且在弱磁場(chǎng)下有較好的線性。第十六張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 (2)伏安特性 磁敏二極管正向偏壓和通過

14、電流的關(guān)系被稱為磁敏二極管的伏安特性，如圖所示。從圖可知，磁敏二極管在不同磁場(chǎng)強(qiáng)度H下的作用，其伏安特性將是不一樣。圖 (a)為鍺磁敏二極管的伏安特性；(b)為硅磁敏二極管的伏安特性。圖 (b)表示在較寬的偏壓范圍內(nèi)，電流變化比較平坦；當(dāng)外加偏壓增加到一定值后，電流迅速增加、伏安持性曲線上升很快，表現(xiàn)出其動(dòng)態(tài)電阻比較小。第十七張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 (3)溫度特性 一般情況下，磁敏二極管受溫度影響較大，即在一定測(cè)試條件下，磁敏二極管的輸出電壓變化量U，或者在無磁場(chǎng)作用時(shí)，中點(diǎn)電壓Um隨溫度變化較大。因此，在實(shí)際使用時(shí)，必須對(duì)其進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 互補(bǔ)式溫度補(bǔ)償電路 選用兩只性能

15、相近的磁敏二極管，按相反磁極性組合，即將它們的磁敏面相對(duì)或背向放置串接在電路中。無論溫度如何變化，其分壓比總保持不變，輸出電壓Um隨溫度變化而始終保持不變，這樣就達(dá)到了溫度補(bǔ)償?shù)哪康摹２粌H如此，互補(bǔ)電路還能提高磁靈敏度。第十八張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 差分式電路 如下圖(c)所示。差分電路不僅能很好地實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，提高靈敏度，還可以彌補(bǔ)互補(bǔ)電路的不足。如果電路不平衡，可適當(dāng)調(diào)節(jié)電阻R1和R2。 全橋電路 全橋電路是將兩個(gè)互補(bǔ)電路并聯(lián)而成。和互補(bǔ)電路一樣，其工作點(diǎn)只能選在小電流區(qū)。該電路在給定的磁場(chǎng)下，其輸出電壓是差分電路的兩倍。由于要選擇四只性能相同的磁敏二極管，會(huì)給實(shí)際使用

16、帶來一些困難。 熱敏電阻補(bǔ)償電路 如下圖(e)所示。該電路是利用熱敏電阻隨溫度的變化，而使Rt和D的分壓系數(shù)不變，從而實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。熱敏電阻補(bǔ)償電路的成本略低于上述三種溫度補(bǔ)償電路，因此是常被采用的一種溫度補(bǔ)償電路。第十九張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 二、磁敏三極管的結(jié)構(gòu)和工作原理 1磁敏三極管的結(jié)構(gòu) 在弱P型或弱N型本征半導(dǎo)體上用合金法或擴(kuò)散法形成發(fā)射極、基極和集電極。其最大特點(diǎn)是基區(qū)較長(zhǎng)，基區(qū)結(jié)構(gòu)類似磁敏二極管，也有高復(fù)合速率的r區(qū)和本征I區(qū)。長(zhǎng)基區(qū)分為輸運(yùn)基區(qū)和復(fù)合基區(qū)。 2磁敏三極管的工作原理 當(dāng)磁敏三極管未受到磁場(chǎng)作用時(shí)，由于基區(qū)寬度大于載流子有效擴(kuò)散長(zhǎng)度，大部分載流子

17、通過e-I-b，形成基極電流；少數(shù)載流子輸入到c極，因而基極電流大于集電極電流。 當(dāng)受到正向磁場(chǎng)(H +)作用時(shí)，由于磁場(chǎng)的作用，洛侖茲力使載流子向復(fù)合區(qū)偏轉(zhuǎn) ，導(dǎo)致集電極電流顯著下降；當(dāng)反向磁場(chǎng)(H -)作用時(shí)，載流子向集電極一側(cè)偏轉(zhuǎn)，使集電極電流增大。由此可知，磁敏三極管在正、反向磁場(chǎng)作用下，其集電極電流出現(xiàn)明顯變化。第二十張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月N+N+N+cccyyyeeerrrxxxP+P+P+bbbN+N+N+（a）（b）（c）圖2.6-34 磁敏三極管工作原理示意圖(a)H=0; (b)H=H+;(c)H=H-1-運(yùn)輸基區(qū)；2-復(fù)合基區(qū)12第二十一張，PPT共七

18、十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 3. 磁敏三極管的主要特性 (1)磁電特性 磁敏三極管的磁電特性是應(yīng)用的基礎(chǔ)，是主要特性之一。例如，國(guó)產(chǎn)NPN型3BCM（鍺）磁敏三極管的磁電特性，在弱磁場(chǎng)作用下，曲線接近一條直線，如左下圖所示。 (2)伏安特性 磁敏三極管的伏安特性類似普通晶體管的伏安特性曲線。下右圖(a)為不受磁場(chǎng)作用時(shí)，磁敏三極管的伏安特性曲線；下右圖 (b)是磁場(chǎng)為1kG s，基極為3mA時(shí)，集電極電流的變化。由該圖可知，磁敏三極管的電流放大倍數(shù)小于1。第二十二張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 (3)溫度特性及其補(bǔ)償 磁敏三極管對(duì)溫度比較敏感，實(shí)際使用時(shí)必須采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行溫度

19、補(bǔ)償。對(duì)于鍺磁敏三極管，例如，3ACM，3BCM，其磁靈敏度的溫度系數(shù)為0.8/；硅磁敏三極管(3CCM)磁靈敏度的溫度系數(shù)為-0.6/。對(duì)于硅磁敏三極管可用正溫度系數(shù)的普通硅三極管來補(bǔ)償因溫度而產(chǎn)生的集電極電流的漂移。具體補(bǔ)償電路如圖 (a)所示。當(dāng)溫度升高時(shí)，BG1管集電極電流Ic增加，導(dǎo)致BGm管的集電極電流也增加，從而補(bǔ)償了BGm管因溫度升高而導(dǎo)致Ic的下降。 圖(b)是利用鍺磁敏二極管電流隨溫度升高而增加的這一特性使其作硅磁敏三極管的負(fù)載，當(dāng)溫度升高時(shí)，可以彌補(bǔ)硅磁敏三極管的負(fù)溫度漂移系數(shù)所引起的電流下降的問題。除此之外，還可以采用兩只特性一致、磁極相反的磁敏三極管組成的差分電路，如

20、圖(c)所示，這種電路既可以提高磁靈敏度，又能實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，它是一種行之有救的溫度補(bǔ)償電路。第二十三張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（三）磁敏二極管和磁敏三極管的應(yīng)用 由于磁敏管有效高的磁靈敏度，體積和功耗都很小，且能識(shí)別磁極性等優(yōu)點(diǎn)，是一種新型半導(dǎo)體磁敏元件，它有著廣泛的應(yīng)用前景。 利用磁敏管可以作成磁場(chǎng)探測(cè)儀器如高斯計(jì)、漏磁測(cè)量?jī)x、地磁測(cè)量?jī)x等。用磁敏管作成的磁場(chǎng)探測(cè)儀，可測(cè)量10-7T左右的弱磁場(chǎng)。根據(jù)通電導(dǎo)線周圍具有磁場(chǎng)，而磁場(chǎng)的強(qiáng)弱又取決于通電導(dǎo)線中電流大小的原理，因而可利用磁敏管采用非接觸方法來測(cè)量導(dǎo)線中電流。而用這種裝置來檢測(cè)磁場(chǎng)還可確定導(dǎo)線中電流值大小，既安全又省電，

21、因此是一種備受歡迎的電流表。 此外,利用磁敏管還可制成轉(zhuǎn)速傳感器(能測(cè)高達(dá)每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速),無觸點(diǎn)電位器和漏磁探傷儀等。第二十四張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月磁敏二極管漏磁探傷儀 磁敏二極管漏磁探傷儀是利用磁敏二極管可以檢測(cè)弱磁場(chǎng)變化的特性而設(shè)計(jì)的。原理如圖所示。漏磁探傷儀由激勵(lì)線圈2、鐵芯3、放大器4、磁敏二極管探頭5等部分構(gòu)成。將待測(cè)物1 (如鋼棒)置于鐵芯之下，并使之不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，在鐵芯、線圈激磁后，鋼棒被磁化。若待測(cè)鋼棒沒有損傷的部分在鐵芯之下時(shí)，鐵芯和鋼棒被磁化部分構(gòu)成閉合磁路，激勵(lì)線圈感應(yīng)的磁通為，此時(shí)無泄漏磁通，磁場(chǎng)二極管探頭沒有信號(hào)輸出。若鋼棒上的裂紋旋至鐵芯下，裂

22、紋處的泄漏磁通作用于探頭，探頭將泄漏磁通量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)放大器放大輸出，根據(jù)指示儀表的示值可以得知待測(cè)鐵棒中的缺陷。第二十五張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（四）、常用磁敏管的型號(hào)和參數(shù) 3BCM型鍺磁敏三極管參數(shù)表參 數(shù)單位測(cè)試條件規(guī)范ABCDE磁靈敏度%Ec=6V,RL=100,Ib=2mA,B= 0.1T51010151520202525擊穿電壓BUccoVIc=1.5mA2020252525漏電流Icc0Vcs=6A200200200200200最大基極電流mAEc=6VRL=5k4功耗PcmmW45使用溫度-4065最高溫度75mA第二十六張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2

23、022年6月3CCM型硅磁敏三極管參數(shù)表 參數(shù)單 位測(cè)試條件規(guī)范磁靈敏度%Ec=6VIb=3mAB= 0.1T5%擊穿電壓BUccoVIc=1020V漏電流Icc0Ice=6A5功耗mW20mW使用溫度-4085最高溫度100溫度系數(shù)%/-0.10-0.25%/第二十七張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月6.5 霍爾式傳感器 霍爾傳感器是基于霍爾效應(yīng)的一種傳感器。1879年美國(guó)物理學(xué)家霍爾首先在金屬材料中發(fā)現(xiàn)了霍爾效應(yīng), 但由于金屬材料的霍爾效應(yīng)太弱而沒有得到應(yīng)用。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展, 開始用半導(dǎo)體材料制成霍爾元件, 由于它的霍爾效應(yīng)顯著而得到應(yīng)用和發(fā)展。 霍爾傳感器廣泛用于電磁測(cè)量、

24、壓力、加速度、振動(dòng)等方面的測(cè)量。 一、 霍爾效應(yīng)及霍爾元件 1. 霍爾效應(yīng) 置于磁場(chǎng)中的靜止載流導(dǎo)體, 當(dāng)它的電流方向與磁場(chǎng)方向不一致時(shí), 載流導(dǎo)體上平行于電流和磁場(chǎng)方向上的兩個(gè)面之間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì), 這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。該電勢(shì)稱霍爾電勢(shì)。 第二十八張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月霍爾效應(yīng)演示 當(dāng)磁場(chǎng)垂直于薄片時(shí)，電子受到洛侖茲力的作用，向內(nèi)側(cè)偏移，在半導(dǎo)體薄片c、d方向的端面之間建立起霍爾電勢(shì)?；魻栃?yīng)第二十九張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 如圖所示, 在垂直于外磁場(chǎng)B的方向上放置一導(dǎo)電板, 導(dǎo)電板通以電流I, 方向如圖所示。導(dǎo)電板中的電流是金屬中自由電子在電場(chǎng)作用下的定向

25、運(yùn)動(dòng)。此時(shí), 每個(gè)電子受洛侖磁力fl的作用， fl大小為 式中: e電子電荷; v電子運(yùn)動(dòng)平均速度; B磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。 fl=eBv第三十張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十一張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 fl的方向在圖 中是向上的, 此時(shí)電子除了沿電流反方向作定向運(yùn)動(dòng)外, 還在fl的作用下向上漂移, 結(jié)果使金屬導(dǎo)電板上底面積累電子, 而下底面積累正電荷, 從而形成了附加內(nèi)電場(chǎng)EH, 稱霍爾電場(chǎng), 該電場(chǎng)強(qiáng)度為 EH= 式中UH為電位差。霍爾電場(chǎng)的出現(xiàn), 使定向運(yùn)動(dòng)的電子除了受洛侖磁力作用外, 還受到霍爾電場(chǎng)的作用力, 其大小為eEH，此力阻止電荷繼續(xù)積累。 隨著

26、上、下底面積累電荷的增加, 霍爾電場(chǎng)增加, 電子受到的電場(chǎng)力也增加, 當(dāng)電子所受洛侖磁力與霍爾電場(chǎng)作用力大小相等、 方向相反時(shí), 即eEH=evB第三十二張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 eEH=evB則 EH=vB （6 - 17）此時(shí)電荷不再向兩底面積累, 達(dá)到平衡狀態(tài)。 若金屬導(dǎo)電板單位體積內(nèi)電子數(shù)為n, 電子定向運(yùn)動(dòng)平均速度為v, 則激勵(lì)電流I=nevbd, 則 v= （6 - 18）將式（6 -18）代入式（6 - 17）得 EH= （6 -19）第三十三張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 UH = （6 -20） 式中令RH =1/（ne）, 稱之為霍爾常數(shù), 其

27、大小取決于導(dǎo)體載流子密度，則 （6 - 21）式中KH=RH/d稱為霍爾片的靈敏度。由式（6 - 21）可見, 霍爾電勢(shì)正比于激勵(lì)電流及磁感應(yīng)強(qiáng)度,其靈敏度與霍爾常數(shù)RH成正比而與霍爾片厚度d成反比。為了提高靈敏度, 霍爾元件常制成薄片形狀。 而 代入 得第三十四張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 對(duì)霍爾片材料的要求, 希望有較大的霍爾常數(shù)RH, 霍爾元件激勵(lì)極間電阻 R=L/（bd）, 同時(shí) R=UI/I=EIL/I=vL/（nevbd）其中UI為加在霍爾元件兩端的激勵(lì)電壓，EI為霍爾元件激勵(lì)極間內(nèi)電場(chǎng)，v為電子移動(dòng)的平均速度。 則 (7 - 17)解得 RH= （7 - 18）從式

28、（7 - 18）可知, 霍爾常數(shù)等于霍爾片材料的電阻率與電子遷移率的乘積。若要霍爾效應(yīng)強(qiáng), 則霍爾常數(shù)RH值大, 因此要求霍爾片材料有較大的電阻率和載流子遷移率。 第三十五張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月一般金屬材料載流子遷移率很高, 但電阻率很小; 而絕緣材料電阻率極高, 但載流子遷移率極低。故只有半導(dǎo)體材料適于制造霍爾片。目前常用的霍爾元件材料有: 鍺、 硅、砷化銦、 銻化銦等半導(dǎo)體材料。 其中N型鍺容易加工制造, 其霍爾系數(shù)、 溫度性能和線性度都較好。N型硅的線性度最好, 其霍爾系數(shù)、 溫度性能同N型鍺相近。銻化銦對(duì)溫度最敏感, 尤其在低溫范圍內(nèi)溫度系數(shù)大, 但在室溫時(shí)其霍爾系

29、數(shù)較大。砷化銦的霍爾系數(shù)較小, 溫度系數(shù)也較小, 輸出特性線性度好。 表 7 - 1 為常用國(guó)產(chǎn)霍爾元件的技術(shù)參數(shù)。 第三十六張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十七張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十八張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 2. 霍爾元件基本結(jié)構(gòu) 霍爾元件的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單, 它由霍爾片、 引線和殼體組成, 如圖 7 - 9(a)所示。 霍爾片是一塊矩形半導(dǎo)體單晶薄片， 引出四個(gè)引線。1、1兩根引線加激勵(lì)電壓或電流，稱為激勵(lì)電極；2、2引線為霍爾輸出引線，稱為霍爾電極。 霍爾元件殼體由非導(dǎo)磁金屬、陶瓷或環(huán)氧樹脂封裝而成。 在電路中霍爾元件可用兩種符號(hào)表示

30、，如圖7- 9(b)所示。 第三十九張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 3. 霍爾元件基本特性 1） 額定激勵(lì)電流和最大允許激勵(lì)電流 當(dāng)霍爾元件自身溫升10時(shí)所流過的激勵(lì)電流稱為額定激勵(lì)電流。 以元件允許最大溫升為限制所對(duì)應(yīng)的激勵(lì)電流稱為最大允許激勵(lì)電流。因霍爾電勢(shì)隨激勵(lì)電流增加而線性增加, 所以, 使用中希望選用盡可能大的激勵(lì)電流, 因而需要知道元件的最大允許激勵(lì)電流, 改善霍爾元件的散熱條件, 可以使激勵(lì)電流增加。 2） 輸入電阻和輸出電阻 激勵(lì)電極間的電阻值稱為輸入電阻。 霍爾電極輸出電勢(shì)對(duì)外電路來說相當(dāng)于一個(gè)電壓源, 其電源內(nèi)阻即

31、為輸出電阻。以上電阻值是在磁感應(yīng)強(qiáng)度為零且環(huán)境溫度在205時(shí)確定的。 第四十一張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 3） 不等位電勢(shì)和不等位電阻 當(dāng)霍爾元件的激勵(lì)電流為I時(shí), 若元件所處位置磁感應(yīng)強(qiáng)度為零, 則它的霍爾電勢(shì)應(yīng)該為零, 但實(shí)際不為零。 這時(shí)測(cè)得的空載霍爾電勢(shì)稱不等位電勢(shì)。 產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因有: 霍爾電極安裝位置不對(duì)稱或不在同一等電位面上; 半導(dǎo)體材料不均勻造成了電阻率不均勻或是幾何尺寸不均勻; 激勵(lì)電極接觸不良造成激勵(lì)電流不均勻分布等。 不等位電勢(shì)也可用不等位電阻表示 第四十二張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 式中: U0不等位電勢(shì); r0不等位電阻; IH激勵(lì)

32、電流。 由上式可以看出, 不等位電勢(shì)就是激勵(lì)電流流經(jīng)不等位電阻r0所產(chǎn)生的電壓。 4） 寄生直流電勢(shì) 在外加磁場(chǎng)為零, 霍爾元件用交流激勵(lì)時(shí), 霍爾電極輸出除了交流不等位電勢(shì)外, 還有一直流電勢(shì), 稱寄生直流電勢(shì)。 其產(chǎn)生的原因有: 第四十三張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 激勵(lì)電極與霍爾電極接觸不良, 形成非歐姆接觸, 造成整流效果; 兩個(gè)霍爾電極大小不對(duì)稱, 則兩個(gè)電極點(diǎn)的熱容不同, 散熱狀態(tài)不同形成極向溫差電勢(shì)。寄生直流電勢(shì)一般在 1mV以下, 它是影響霍爾片溫漂的原因之一。 5） 霍爾電勢(shì)溫度系數(shù) 在一定磁感應(yīng)強(qiáng)度和激勵(lì)電流下, 溫度每變化1時(shí), 霍爾電勢(shì)變化的百分率稱霍爾電

33、勢(shì)溫度系數(shù)。它同時(shí)也是霍爾系數(shù)的溫度系數(shù)。 第四十四張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 4. 霍爾元件不等位電勢(shì)補(bǔ)償 不等位電勢(shì)與霍爾電勢(shì)具有相同的數(shù)量級(jí)，有時(shí)甚至超過霍爾電勢(shì)， 而實(shí)用中要消除不等位電勢(shì)是極其困難的，因而必須采用補(bǔ)償?shù)姆椒ā７治霾坏任浑妱?shì)時(shí)，可以把霍爾元件等效為一個(gè)電橋， 用分析電橋平衡來補(bǔ)償不等位電勢(shì)。 第四十五張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 圖6-12為霍爾元件的等效電路，其中A、 B為霍爾電極，C、 D為激勵(lì)電極，電極分布電阻分別用r1、r2、r3、r4表示，把它們看作電橋的四個(gè)橋臂。理想情況下，電極A、B處于同一等位面上， r1= r2= r3=

34、r4 ，電橋平衡，不等位電勢(shì)U0為0。實(shí)際上，由于A、 B電極不在同一等位面上，此四個(gè)電阻阻值不相等，電橋不平衡，不等位電勢(shì)不等于零。此時(shí)可根據(jù)A、 B兩點(diǎn)電位的高低，判斷應(yīng)在某一橋臂上并聯(lián)一定的電阻，使電橋達(dá)到平衡， 從而使不等位電勢(shì)為零。幾種補(bǔ)償線路如圖6-13所示。圖（a）、 （b）為常見的補(bǔ)償電路， 圖（b）、（c）相當(dāng)于在等效電橋的兩個(gè)橋臂上同時(shí)并聯(lián)電阻， 圖（d）用于交流供電的情況。 第四十六張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月圖6-12 霍爾元件的等效電路 第四十七張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月圖6-13 不等位電勢(shì)補(bǔ)償電路 第四十八張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于

35、2022年6月第四十九張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 5. 霍爾元件溫度補(bǔ)償 霍爾元件是采用半導(dǎo)體材料制成的, 因此它們的許多參數(shù)都具有較大的溫度系數(shù)。當(dāng)溫度變化時(shí), 霍爾元件的載流子濃度、遷移率、電阻率及霍爾系數(shù)都將發(fā)生變化, 從而使霍爾元件產(chǎn)生溫度誤差。 為了減小霍爾元件的溫度誤差, 除選用溫度系數(shù)小的元件或采用恒溫措施外, 由UH=KHIB可看出：采用恒流源供電是個(gè)有效措施, 可以使霍爾電勢(shì)穩(wěn)定。 但也只能減小由于輸入電阻隨溫度變化而引起的激勵(lì)電流I變化所帶來的影響。 霍爾元件的靈敏系數(shù)KH也是溫度的函數(shù), 它隨溫度的變化引起霍爾電勢(shì)的變化?；魻栐撵`敏度系數(shù)與溫度的關(guān)系可

36、寫成第五十張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 KH=KH0（1+T） （6 - 20） 式中: KH0溫度T0時(shí)的KH值; T =T- T0溫度變化量; 霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)。 并且大多數(shù)霍爾元件的溫度系數(shù)是正值, 它們的霍爾電勢(shì)隨溫度升高而增加（1+T）倍。如果,與此同時(shí)讓激勵(lì)電流I相應(yīng)地減小, 并能保持KHI乘積不變, 也就抵消了靈敏系數(shù)KH增加的影響。圖 6- 14 就是按此思路設(shè)計(jì)的一個(gè)既簡(jiǎn)單、 補(bǔ)償效果又較好的補(bǔ)償電路。第五十一張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月圖6-14 恒流溫度補(bǔ)償電路 第五十二張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 電路中用一個(gè)分流電阻Rp與霍爾

37、元件的激勵(lì)電極相并聯(lián)。 當(dāng)霍爾元件的輸入電阻隨溫度升高而增加時(shí), 旁路分流電阻Rp自動(dòng)地加強(qiáng)分流, 減少了霍爾元件的激勵(lì)電流I, 從而達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹?在圖 6 - 14 所示的溫度補(bǔ)償電路中, 設(shè)初始溫度為T0, 霍爾元件輸入電阻為Ri0, 靈敏系數(shù)為KH1, 分流電阻為Rp0, 根據(jù)分流概念得 IH0= （6 - 21）當(dāng)溫度升至T時(shí), 電路中各參數(shù)變?yōu)榈谖迨龔?，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 Ri=Ri0（1+T） （6 - 22） Rp=Rp0（1+T） （6 -23）式中: 霍爾元件輸入電阻溫度系數(shù); 分流電阻溫度系數(shù)。則 雖然溫度升高T, 為使霍爾電勢(shì)不變, 補(bǔ)償電路必須

38、滿足溫升前、 后的霍爾電勢(shì)不變, 即 （6 -24）第五十四張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 UH0=UH KH0IH0B=KHIHB （6 - 25）則 KH0IH0=KH IH （6 - 26）將式（6 - 20）、 （6 - 21）、 （6 - 24）代入上式, 經(jīng)整理并略去、 (T)2高次項(xiàng)后得 Rp0= （6 - 27） 當(dāng)霍爾元件選定后, 它的輸入電阻Ri0和溫度系數(shù)及霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)是確定值。由式（6 - 27）即可計(jì)算出分流電阻Rp0及所需的溫度系數(shù)值。為了滿足R0及兩個(gè)條件, 分流電阻可取溫度系數(shù)不同的兩種電阻的串、并聯(lián)組合, 這樣雖然麻煩但效果很好。 第五十五張，

39、PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 二、 霍爾式傳感器的應(yīng)用 1. 霍爾式微位移傳感器 霍爾元件具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、動(dòng)態(tài)特性好和壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn), 它不僅用于磁感應(yīng)強(qiáng)度, 有功功率及電能參數(shù)的測(cè)量, 也在位移測(cè)量中得到廣泛應(yīng)用。 圖7 - 12 給出了一些霍爾式位移傳感器的工作原理圖。 圖（a）是磁場(chǎng)強(qiáng)度相同的兩塊永久磁鐵, 同極性相對(duì)地放置, 霍爾元件處在兩塊磁鐵的中間。由于磁鐵中間的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0, 因此霍爾元件輸出的霍爾電勢(shì)UH也等于零, 此時(shí)位移x=0。若霍爾元件在兩磁鐵中產(chǎn)生相對(duì)位移, 霍爾元件感受到的磁感應(yīng)強(qiáng)度也隨之改變, 這時(shí)UH不為零, 其量值大小反映出霍爾元件與磁鐵之間相

40、對(duì)位置的變化量, 這種結(jié)構(gòu)的傳感器, 其動(dòng)態(tài)范圍可達(dá) 5 mm, 分辨率為 0.001mm。 第五十六張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月UHKx第五十七張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 圖（b）所示是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的霍爾位移傳感器, 由一塊永久磁鐵組成磁路的傳感器, 在x=0 時(shí), 霍爾電壓不等于零。 圖（c）是一個(gè)由兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的磁路組成的霍爾式位移傳感器, 為了獲得較好的線性分布, 在磁極端面裝有極靴, 霍爾元件調(diào)整好初始位置時(shí), 可以使霍爾電壓UH=0 。 這種傳感器靈敏度很高, 但它所能檢測(cè)的位移量較小, 適合于微位移量及振動(dòng)的測(cè)量 。 2. 霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器 圖 7

41、- 13 是幾種不同結(jié)構(gòu)的霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器。 磁性轉(zhuǎn)盤的輸入軸與被測(cè)轉(zhuǎn)軸相連, 當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), 磁性轉(zhuǎn)盤隨之轉(zhuǎn)動(dòng), 固定在磁性轉(zhuǎn)盤附近的霍爾傳感器便可在每一個(gè)小磁鐵通過時(shí)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的脈沖, 檢測(cè)出單位時(shí)間的脈沖數(shù), 便可知被測(cè)轉(zhuǎn)速。磁性轉(zhuǎn)盤上小磁鐵數(shù)目的多少?zèng)Q定了傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速的分辨率。 第五十八張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第五十九張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 3. 霍爾計(jì)數(shù)裝置 霍爾開關(guān)傳感器SL3501是具有較高靈敏度的集成霍爾元件, 能感受到很小的磁場(chǎng)變化, 因而可對(duì)黑色金屬零件進(jìn)行計(jì)數(shù)檢測(cè)。 圖 7 - 14 是對(duì)鋼球進(jìn)行計(jì)數(shù)的工作示意圖和電路圖當(dāng)鋼球

42、通過霍爾開關(guān)傳感器時(shí), 傳感器可輸出峰值20mV的脈沖電壓, 該電壓經(jīng)運(yùn)算放大器A（A741）放大后, 驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體三極管VT（2N5812）工作, VT輸出端便可接計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù), 并由顯示器顯示檢測(cè)數(shù)值。 第六十張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第六十一張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月鋼絲繩斷絲檢測(cè)霍爾效應(yīng)鋼絲繩斷絲檢測(cè)裝置 第六十二張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月鐵磁材料裂紋檢測(cè) NS第六十三張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月電流傳感器 當(dāng)電流流過導(dǎo)線時(shí)，將在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)大小與流過導(dǎo)線的電流大小成正比，這一磁場(chǎng)可以通過軟磁材料來聚集，然后用霍爾

43、器件進(jìn)行檢測(cè)。 第六十四張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月霍耳開關(guān)集成傳感器是利用霍耳效應(yīng)與集成電路技術(shù)結(jié)合而制成的一種磁敏傳感器，它能感知一切與磁信息有關(guān)的物理量，并以開關(guān)信號(hào)形式輸出。霍耳開關(guān)集成傳感器具有使用壽命長(zhǎng)、無觸點(diǎn)磨損、無火花干擾、無轉(zhuǎn)換抖動(dòng)、工作頻率高、溫度特性好、能適應(yīng)惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)?；舳_關(guān)集成傳感器第六十五張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月由穩(wěn)壓電路、霍耳元件、放大器、整形電路、開路輸出五部分組成。 穩(wěn)壓電路可使傳感器在較寬的電源電壓范圍內(nèi)工作；開路輸出可使傳感器方便地與各種邏輯電路接口。 1)霍耳開關(guān)集成傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理霍耳開關(guān)集成傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框

44、圖23輸出+穩(wěn)壓VCC1霍耳元件放大BT整形地H第六十六張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 3020T輸出VoutR=2k+12V123（b）應(yīng)用電路 （a）外型 霍耳開關(guān)集成傳感器的外型及應(yīng)用電路123第六十七張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2)霍耳開關(guān)集成傳感器的工作特性曲線 從工作特性曲線上可以看出，工作特性有一定的磁滯BH，這對(duì)開關(guān)動(dòng)作的可靠性非常有利。 圖中的BOP為工作點(diǎn)“開”的磁感應(yīng)強(qiáng)度，BRP為釋放點(diǎn)“關(guān)”的磁感應(yīng)強(qiáng)度?；舳_關(guān)集成傳感器的工作特性曲線VOUT/V12ONOFFBRPBOPBHB霍耳開關(guān)集成傳感器的技術(shù)參數(shù)： 工作電壓 、磁感應(yīng)強(qiáng)度、輸出截止電

45、壓、 輸出導(dǎo)通電流、工作溫度、工作點(diǎn)。0 該曲線反映了外加磁場(chǎng)與傳感器輸出電平的關(guān)系。當(dāng)外加磁感強(qiáng)度高于BOP時(shí)，輸出電平由高變低，傳感器處于開狀態(tài)。當(dāng)外加磁感強(qiáng)度低于BRP時(shí)，輸出電平由低變高，傳感器處于關(guān)狀態(tài)。 第六十八張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月3)霍耳開關(guān)集成傳感器的應(yīng)用 （1）霍耳開關(guān)集成傳感器的接口電路RLVACVccVccVAC第六十九張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月VccVACKVccKVccVACVccMOSVOUTVAC霍耳開關(guān)集成傳感器的一般接口電路RL第七十張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月霍爾位移傳感器 霍爾位移傳感器可制作成如圖(a)

46、所示結(jié)構(gòu)。在極性相反、磁場(chǎng)強(qiáng)度相同的兩個(gè)磁鋼的氣隙間放置一個(gè)霍爾元件。當(dāng)控制電流I恒定不變時(shí)，霍爾電勢(shì)UH與外磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比；若磁場(chǎng)在一定范圍內(nèi)沿x方向的變化梯度dB/dx如圖(b)所示為一常數(shù)時(shí)，則當(dāng)霍爾元件沿x方向移動(dòng)時(shí)，霍爾電勢(shì)變化也應(yīng)是一個(gè)常數(shù)K（位移傳感器的輸出靈敏度）：即UHKx 。這說明霍爾電勢(shì)與位移量成線性關(guān)系。其輸出電勢(shì)的極性反映了元件位移方向。磁場(chǎng)梯度越大，靈敏度越高；磁場(chǎng)梯度越均勻，輸出線性度越好。 當(dāng)x0時(shí)，則元件置于磁場(chǎng)中心位置，UH0。這種位移傳感器一般可測(cè)量12mm的微小位移，其特點(diǎn)是慣性小，響應(yīng)速度快，無接觸測(cè)量。利用這一原理可以測(cè)量與之有關(guān)的非電量，如力、壓力、加速度、液位和壓差等。第七十一張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月二、汽車霍爾點(diǎn)火器 上圖是霍爾電子點(diǎn)火器結(jié)構(gòu)示意圖。將霍爾元件(圖中之3)固定在汽車分電器的白金座上，在分火點(diǎn)上裝一個(gè)隔磁罩1，罩的豎邊根據(jù)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的缸數(shù)，開出等間距的缺口2，當(dāng)缺口對(duì)準(zhǔn)霍爾元件時(shí)，磁通通過霍爾器件而成閉合回路，所以電路導(dǎo)通，如上圖(a)所示，此時(shí)霍爾電路輸出低電平（小于等于0.4V）；當(dāng)罩邊凸出部分擋在霍爾元件和磁體之間時(shí)，電路截止，如上圖(b)所示，霍爾電路輸出高電平。 霍爾電子點(diǎn)火器原理如