常用的传感器-磁敏1

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1、1.掌握霍尔传感器的工作原理及特性2.掌握霍尔元件的应用3.了解磁敏电阻、磁敏二极管、磁敏三极管的工作原理及应用3.5磁敏式传感器1霍尔式（Hall）磁敏电阻磁敏二极管磁敏三极管3.5磁敏式传感器磁敏传感器是可以将各种磁场及其变化的量转变成电信号输出的装置。2§霍尔式传感器霍尔元件：是一种半导体磁电转换元件，一般由锗、锑化铟、砷化铟等半导体材料制成。霍尔集成电路：把霍尔元件、放大器、温度补偿电路及稳压电源等做在一个芯片上的集成电路型结构。其可靠性更高、寿命更长、功耗更低、负载能力更强等。利用霍尔效应将被测量（如电流、磁场、转速、流量等）转换为电动势的一种传感

2、器。3置于磁场中的通电半导体，在垂直于电场和磁场的方向产生电动势的现象称为霍尔效应。1.霍尔效应4霍尔效应给磁场B中的N型半导体薄片上通以电流I，由于N型半导体的载流子为电子，因此电子将沿与电流相反的方向运动。由于洛仑磁力的作用，电子发生偏转，一侧形成电子累积，另一侧形成正电荷累积，于是元件的横向便形成了电场。该电场阻止电子继续向侧面偏移，当电子所受电场力与洛仑兹力相等时，电子的累积达到动态平衡。这时在两端横面之间建立的电场称为霍尔电场，相应的电势称为霍尔电势N型半导体薄片5霍尔常数（灵敏度），取决于材质、温度、元件尺寸（厚度）磁场与元件表面的夹角。当磁场和

3、环境温度一定时:霍尔电势与控制电流I成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。62.霍尔元件霍尔元件多采用N型半导体材料（高的电阻率和载流子的迁移率）。目前最常用的霍尔材料有锗、硅、锑化铟、砷化铟等半导体材料。7霍尔片是一块矩形半导体薄片。控制电流端引线霍尔电势输出端引线89霍尔元件的主要特性参数：(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

4、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10(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。不等位电势是由霍尔电极2和之间的电阻决定的，r0称不等位电阻11(4)寄生直流电势霍尔元件零位误差的一部分当没有外加磁场，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

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。12霍尔元件温度误差及补偿为了减小温度误差，除选用温度系数较小的材料如砷化铟外，还可以采取一些恒温措施，或采用恒流源配合补偿电阻供电，这样可以减小元件内阻随温度变化而引起的控制电流的变化。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。13恒流源温度补偿霍尔元件的灵敏系数也是温

6、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KH0为温度T0时的KH值；霍尔电势的温度系数。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KH不变就抵消了灵敏系数值增加的影响。14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15控制电流温度升到T时，电路中各参数变为温度为T0时霍尔元件输入电阻温度系数；分流电阻温度系数。16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

7、理，忽略高次项后得17当霍尔元件选定后，它的输入电阻和温度系数及霍尔电势温度系数可以从元件参数表中查到（可以测量出来），用上式即可计算出分流电阻及所需的分流电阻温度系数值。18霍尔元件的实用测量电路霍尔元件的输出霍尔电势较小，一般在毫伏级，因此在利用霍尔元件制作霍尔传感器时，必须在霍尔元件的输出端接入放大测量电路。此时，根据输出信号的形式，可以分为开关型霍尔传感器和线性霍尔传感器两种类型。线性霍尔传感器是把霍尔元件与放大线路集成在一起的传感器。其输出信号与磁感应强度成比例。通常由霍尔元件、差分放大、射极跟随输出及稳压四部分组成，它的电路比较简单，用于精度要求

8、不高的一些场合。开关型霍尔传感器是把霍尔元件的输出经