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1、下页下页上页上页 5.2 霍尔式传感器霍尔式传感器 霍霍尔尔式式传传感感器器是是利利用用霍霍尔尔元元件件基基于于霍霍尔尔效效应应原原理理而而将将被被测测量量、如如电电流流、磁磁场场、位位移移、压压力力等等转转换换成成电动势输出的一种传感器。电动势输出的一种传感器。|霍尔效应和霍尔元件材料|霍尔元件构造及测量电路|霍尔元件的主要技术指标|霍尔元件的补偿电路|霍尔式传感器的应用举例下页下页上页上页一、霍尔效应一、霍尔效应 一块长为l、宽为b、厚为d的半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场(磁场方向垂直于薄片)中。当有电流I流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势UH。 当载流导体或半导体处于与电
2、流垂直的磁场中时，当载流导体或半导体处于与电流垂直的磁场中时，在其两端将产生电势差。在其两端将产生电势差。下页下页上页上页kH：灵敏度系数；：灵敏度系数；I：控制电流；：控制电流；B：磁感应强度；：磁感应强度；霍尔式传感器可以检测什么量？霍尔式传感器可以检测什么量？检测电流，或者检测能够引起磁场变化的物理量（位移、压力、振动）如何提高传感器的灵敏度？如何提高传感器的灵敏度？下页下页上页上页RH:霍尔系数；霍尔系数；d：元件厚度：元件厚度减小元件厚度，采用减小元件厚度，采用薄薄的霍尔元件可以获得更大的的霍尔元件可以获得更大的电势输出。电势输出。半导体材料电导率比金属小，载流子漂移速度比金半导体材
3、料电导率比金属小，载流子漂移速度比金属高，霍尔系数远大于金属材料的半导体系数，所属高，霍尔系数远大于金属材料的半导体系数，所以采用以采用半导体半导体元件制作霍尔元件。元件制作霍尔元件。下页下页上页上页二、霍尔材料二、霍尔材料1锗(Ge)，N型及P型均可。2硅(Si)N型及P型均可。3砷化铟砷化铟( (InAsInAs) )和锑化铟(InSb)，这两种材料的特性很相似。输出电势大。输出电势大。下页下页上页上页三、霍尔元件的构造三、霍尔元件的构造下页下页上页上页三、霍尔元件的构造三、霍尔元件的构造霍尔片：矩形半导体薄片；霍尔片：矩形半导体薄片；四极引线：长度方向两端面（控制电流端引线）四极引线：长
4、度方向两端面（控制电流端引线） 侧边两端面中点（霍尔电势输出引线）侧边两端面中点（霍尔电势输出引线）壳体：非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装。壳体：非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装。 下页下页上页上页四、测量电路四、测量电路RP：调整控制电流的大小；RL：输出端负载，可以是一般电阻，也可以是放大器输入电阻或表头内阻。下页下页上页上页五、主要技术指标五、主要技术指标品种品种输入输入电流电流I/mAI/mA无负无负载霍载霍尔电尔电压压U UH H/mV/mV输入输入电阻电阻r r1 1/ /欧欧输出输出电阻电阻r r2 2/ /欧欧灵敏灵敏度度K KH H不平不平衡电衡电压压U Um m/mV/mVU
5、UH H温温度系度系数数/ /r r1 1、r r2 2温温度系度系数数/ /砷化铟砷化铟100100=8.5=8.53 31.51.5=0.085=0.0850.5=12=122 21.51.5=0.08=0.080.3=30=301.41.41.11.1=0.075=0.07511-0.07-0.070.20.2锑化铟锑化铟5 525055025055024055024055024055024055050100501001010-1-1.3-1-1.3-1-1.3-1-1.31010808030030010301030103010308308301010-2.0-2.0-2.0-2.0返回
6、返回下页下页上页上页六、不等位电势的补偿六、不等位电势的补偿不等位电势：不等位电势：磁感应强度为零，元件通以额定激励电流时，霍尔电极间的空载电势，或称为零位电势U0不等位电阻：R0=U0/IH产生原因：产生原因：霍尔电极的位置不在同一等位面上； 材料不均匀，工艺不良；后果：后果：零位误差。补偿方法补偿方法下页下页上页上页图5-23 不等位电势的补偿电路下页下页上页上页七、温度特性的补偿七、温度特性的补偿原因：半导体材料本身的温度效应。原因：半导体材料本身的温度效应。（电阻率、迁移率、载流子浓度）补偿方法：补偿方法： 选用温度系数小的霍尔元件选用温度系数小的霍尔元件（如：砷化铟）； 采用恒流源供
7、电采用恒流源供电；(减小元件内阻随温度变化而引起的控制电流的变化) 线路补偿线路补偿； 下页下页上页上页1、分流电阻法、分流电阻法适用于恒流源提供控制电流的情况。适用于恒流源提供控制电流的情况。控制电流极并联补偿电阻。控制电流极并联补偿电阻。下页下页上页上页1、分流、分流电阻法阻法当温度由当温度由T T0 0变化为变化为T T 霍尔元件的输入电阻霍尔元件的输入电阻r r，温度补偿电阻，温度补偿电阻R R0 0，霍尔元件灵敏度系，霍尔元件灵敏度系数数K KH H变化为：变化为：控制电流变化为：控制电流变化为：下页下页上页上页霍尔电势变化为：霍尔电势变化为：1、分流电阻法、分流电阻法温度补偿即为使
8、得温度补偿即为使得 UH0=UH下页下页上页上页2、电桥补偿法、电桥补偿法输出电极串连温度补偿电桥输出电极串连温度补偿电桥温度变化引起并联的热敏电阻变化，从而调节输出电势。温度变化引起并联的热敏电阻变化，从而调节输出电势。下页下页上页上页八、霍尔传感器的应用八、霍尔传感器的应用特点：特点：霍尔式传感器转换效率较低，受温度影响大，但其结构简单、体积小、坚固、频率响频率响应宽（应宽（1MHz1MHz）、动态范围（输出电势变化）大、无触点无触点，使用寿命长、可靠性高、易微型易微型化化和集成电路化。应用：应用：在测量技术、自动控制、电磁测量、计算装置以及现代军事技术等领域中得到广泛应用。下页下页上页上页霍尔式电流传感器霍尔式电流传感器下页下页上页上页霍尔式压力传感器霍尔式压力传感器下页下页上页上页霍尔式压力传感器霍尔式压力传感器下页下页上页上页角位移测量角位移测量磁场与薄片法线的夹角磁场与薄片法线的夹角下页下页上页上页转速测量转速测量下页下页上页上页下页下页上页上页第第5 5章章 本章要点本章要点|磁电感应式传感器结构组成及作用频率特性分析|霍尔式传感器霍尔效应及霍尔元件构造霍尔元件的补偿电路作业：作业：5-1,5-25-1,5-2结束结束上页上页返回返回图库图库
