《移动通信课题》PPT课件

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1、第4章磁敏传感器本章主要学习霍耳传感器的工作原理、霍耳集成电路的特性及其在检测技术中的应用，还涉及磁场测量技术。7/16/20211磁敏传感器定义磁敏传感器是基于磁电转换原理将磁学物理量转换成电信号的传感器。磁敏传感器分类体型：霍耳传感器，磁敏电阻。结型：磁敏二极管，磁敏晶体管。4.1磁敏传感器的种类1856年，发现磁阻效应；1879年，发现霍耳效应。以上效应，为磁敏传感器的产生奠定了基础。7/16/202124.2磁电效应（一）霍耳效应半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有

2、电流I流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH，这种现象称为霍耳效应，EH称为霍耳电势。磁感应强度B为零时的情况cdab7/16/20213作用在半导体薄片上的磁场强度B越强，霍耳电势也就越高。霍耳电势EH可用下式表示：EH=RHJB磁感应强度B较大时的情况7/16/20214霍耳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耳电势。cdab7/16/20215*磁场不垂直于半导体薄片时若磁感应强度B不垂直于半导体薄片，而是与其

3、法线成某一角度时，实际上作用于半导体薄片上的有效磁感应强度是其法线方向的分量，即Bcos，这时的霍耳电势为：EH=RHJBcosUH=KIHBcos结论：霍耳电势与输入电流密度J、磁感应强度B成正比，且当B的方向改变时，霍耳电势的方向也随之改变。如果所施加的磁场为交变磁场，则霍耳电势为同频率的交变电势。7/16/20216（二）磁阻效应和形状效应半导体外加磁场时，电阻值增加的物理现象可分为两种情况：1.磁阻效应半导体外加磁场时，自身电阻率增加的现象，磁阻效应直接反映固体的物性。2.形状效应半

4、导体外加磁场时，在金属电极附近电流路径增长而使电阻值增加的现象，形状效应与电极和元件的形状有关。7/16/20217ABCDR1R2R3R4(d)等效电路霍耳元件基本结构：4.3霍耳元件(a)外形结构示意图(b)图形符号单端输出双端输出(c)电路符号激励电极1、1′——被称为器件电流端子、控制电流端子或输入电流端子。霍耳电极2、2′——被称为霍耳端子或输出电压端子。流入到器件内的电流，称为器件电流、控制电流或输入电流。若霍耳端子间连接负载，成为霍耳负载电阻或霍耳负载。电流电极间的电阻，称为输入电阻或

5、者控制内阻。霍耳端子间的电阻，称为输出电阻或霍耳侧内部电阻。7/16/20218霍耳元件的主要外特性参数最大磁感应强度BM:上图所示霍耳元件的线性范围是多少？线性区7/16/20219霍耳元件的主要外特性参数最大激励电流IM:以霍耳元件允许最大温升为限制所对应的激励电流称为最大允许激励电流。由于霍耳电势随激励电流增大而增大，故在应用中总希望选用较大的激励电流。但激励电流增大，霍耳元件的功耗增大，元件的温度升高，从而引起霍耳电势的温漂增大，因此每种型号的元件均规定了相应的最大激励电流，它的数值从几毫安

6、至十几毫安。7/16/202110图中控制电流I由电源E供给,R为调节电阻,保证器件内所需控制电流I。霍耳输出端接负载R3,R3可是一般电阻或放大器的输入电阻、或表头内阻等。磁场B垂直通过霍耳器件,在磁场与控制电流作用下，由负载上获得电压。控制电流I；霍耳电势VH；控制电压V；输出电阻R2；输入电阻R1；霍耳负载电阻R3；霍耳电流IH。VHR3VBIEIH霍耳元件基本测量电路R实际使用时,器件输入信号可以是I或B，或者IB,而输出可以正比于I或B,或者正比于其乘积IB。7/16/202111霍耳元件

7、的温度补偿温度变化，导致霍尔元件内阻、霍尔灵敏度等变化，给测量带来一定误差，即温度误差。为了减小温度误差，需采取温度补偿措施。采用恒流源供电和输入回路并联电阻选取合适的负载电阻RL采用恒压源和输入回路串联电阻采用温度补偿元件7/16/2021124.4霍耳集成元件霍耳集成元件是霍耳元件与运放一体化的结构，可分为线性输出型和开关输出型两大类。线性型集成电路是将霍耳元件和恒流源、线性差动放大器等做在一个芯片上，输出电压为伏级，比直接使用霍耳元件方便得多。线性型三端霍耳集成电路7/16/202113线性输

8、出型霍耳集成元件单端输出传感器的电路结构框图23输出+－稳压VCC1霍耳元件放大地H稳压H3VCC地4输出输出18675双端输出传感器的电路结构框图三端器件，输出电压对外加磁场的微小变化能做出线性响应，典型产品是SL3501T。8脚双列直插封装的器件，它可提供差动射极跟随输出，还可提供输出失调调零，典型产品是SL3501M。7/16/202114线性输出型霍耳集成元件特性右图示出了具有双端差动输出特性的线性霍耳器件的输出特性曲线。当磁场为零时，它的输出电压等于零；当感