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1、 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程思考思考1 1： 直流无刷电动机如何来实现普通直流电动机中电直流无刷电动机如何来实现普通直流电动机中电刷和换向器共同实现的换向任务？刷和换向器共同实现的换向任务？ 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程 霍尔传感器霍尔传感器 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程 当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的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，在半导体薄片作用，向内侧偏移，在半导体薄片c c、d d方向的端方向的
2、端面之间建立起霍尔电势。面之间建立起霍尔电势。c cd da ab b霍尔效应演示霍尔效应演示 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程一、工作原理一、工作原理霍尔效应霍尔效应 在置于磁场中的金属或半导体内通入电流，在置于磁场中的金属或半导体内通入电流，若电流与磁场垂直，则在磁场和电流都垂直的方若电流与磁场垂直，则在磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电动势差，这种现象称为霍尔效向上会出现一个电动势差，这种现象称为霍尔效应。应。霍尔传感器霍尔传感器 利用霍尔元件制成的传感器称为霍尔传感器。利用霍尔元件制成的传感器称为霍尔传感器。 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程霍尔电动势
3、霍尔电动势其中，其中，K KH H为霍尔元件灵敏度，为霍尔元件灵敏度，I I控控制电流，制电流，B B磁感应强度。磁感应强度。 若磁感应强度若磁感应强度B B不垂直于霍尔元件，而是与其法不垂直于霍尔元件，而是与其法线成某一角度线成某一角度 时时 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程结论结论 1 1）霍尔电压）霍尔电压U UH H与控制电流及磁场强度有关；与控制电流及磁场强度有关； 2 2）霍尔电压）霍尔电压U UH H大小与材料性质有关；大小与材料性质有关； 3 3）霍尔电压）霍尔电压U UH H与元件尺寸关系很大与元件尺寸关系很大。 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工
4、程霍尔元件是一个霍尔元件是一个4 4端元件，短边上是两个控制电流输入端元件，短边上是两个控制电流输入端，长边上是两个霍尔电压输出端。端，长边上是两个霍尔电压输出端。表示方法有二种：表示方法有二种：输入端用加粗的方法来表示输入电输入端用加粗的方法来表示输入电极；极；用符号用符号H H表示方向。表示方向。图形符号图形符号 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程二、主要技术参数二、主要技术参数输入电阻输入电阻R Ri i 输入电阻是指输入电阻是指a a、b b两侧控制电极间的电阻。两侧控制电极间的电阻。数值从几十欧到几百欧，视不同型号元件而
5、定。数值从几十欧到几百欧，视不同型号元件而定。输出电阻输出电阻RoRo 是指两个霍尔电动势输出端之间电阻。它的是指两个霍尔电动势输出端之间电阻。它的数值与输入电阻同一数量级。数值与输入电阻同一数量级。最大激励电流最大激励电流ImIm 每种型号元件均规定了相应的最大激励电流，每种型号元件均规定了相应的最大激励电流，从几毫安到几十毫安。从几毫安到几十毫安。 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程最大磁感应强度最大磁感应强度B Bm m B Bm m数值一般小于零点几特斯拉。数值一般小于零点几特斯拉。不等位电势不等位电势 在额定激励电流下，当外加磁场为零时，霍在额定激励电流下，当外加磁场为
6、零时，霍尔输出端之间的开路电压为不等位电势。尔输出端之间的开路电压为不等位电势。霍尔电动势温度系数霍尔电动势温度系数 在一定磁场强度和激励电流的作用下，温度在一定磁场强度和激励电流的作用下，温度每变化每变化1 1时霍尔电动势变化的百分数称为霍尔电时霍尔电动势变化的百分数称为霍尔电动势温度系数。动势温度系数。 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程三、霍尔集成电路三、霍尔集成电路霍尔霍尔ICICv特点：体积小、灵敏度高、输出幅度大、温漂小、特点：体积小、灵敏度高、输出幅度大、温漂小、对电源稳定性要求低。对电源稳定性要求低。v分类：分类：线性型霍尔集成传感器线性型霍尔集成传感器开关型霍尔
7、集成传感器开关型霍尔集成传感器单端输出单端输出差动输出差动输出 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程线性型霍尔集成电路线性型霍尔集成电路单端输出（单端输出（UGN3501TUGN3501T）将霍尔元件、恒流源和线性差动放大器做在一个将霍尔元件、恒流源和线性差动放大器做在一个芯片上。芯片上。 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程差动输出（差动输出（UGN3501MUGN3501M） 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程开关型霍尔集成电路开关型霍尔集成电路 开关型霍尔集成电路是将霍尔元件、稳压电开关型霍尔集成电路是将霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器、路、
8、放大器、施密特触发器、OCOC门（集电极开路门（集电极开路输出门）等电路做在同一个芯片上。输出门）等电路做在同一个芯片上。 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程思考：思考： 多将开关型霍尔多将开关型霍尔ICIC制作成具有施密特特性是为了制作成具有施密特特性是为了什么？其回差越大，它的什么能力就越强？什么？其回差越大，它的什么能力就越强？ 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程讨论思考：讨论思考：1.1.在无刷霍尔电动机中，为利用霍尔在无刷霍尔电动机中，为利用霍尔ICIC来进行位置检来进行位置检测，应选用什么类型的霍尔测，应选用什么类型的霍尔ICIC？应使用几个？应使用几个
9、？2.2.如何检测无刷电动机霍尔如何检测无刷电动机霍尔ICIC的好坏？的好坏？3.3.如何检测线性霍尔元件的好坏？如何检测线性霍尔元件的好坏？ 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程电动自行车的电路系统框图电动自行车的电路系统框图 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程1.1.线性霍尔线性霍尔ICIC 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程2.2.开关型霍尔开关型霍尔ICIC1 1）单极霍尔开关）单极霍尔开关 具有磁性工作阈值，如果霍尔单元承受磁头密度大具有磁性工作阈值，如果霍尔单元承受磁头密度大于工作阈值，那么输
10、出晶体管将开启；当磁通密度低于工作阈值，那么输出晶体管将开启；当磁通密度低于工作阈值，晶体管会关闭。于工作阈值，晶体管会关闭。 典型应用：无触点开关；汽车点火器；刹车电路；典型应用：无触点开关；汽车点火器；刹车电路；位置、转速检测控制；安全报警；纺织控制系统位置、转速检测控制；安全报警；纺织控制系统Allegro:A1101,A1102,A1103,A1104,A1106,A3240,A3245,SEC：S1101，S1102，S1104，SS441A，SS443A，S5881，S3141，S3142，S3144Honeywell:SS441A,SS443A,SS541AT,SS543ATAK
11、E旭化成：旭化成：EW450,EW550,EW460,EW560Melexis:US5881 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程2 2）双极性霍尔开关）双极性霍尔开关 双极霍尔效应开关通常在南极磁场强度足够的情双极霍尔效应开关通常在南极磁场强度足够的情况下打开，并在北极磁场强度足够的情况下关闭，但况下打开，并在北极磁场强度足够的情况下关闭，但如果磁场被移除，则不会定义输出状态。有些双极霍如果磁场被移除，则不会定义输出状态。有些双极霍尔效应开关会更改输出状态，有些则不会。这些霍尔尔效应开关会更改输出状态，有些则不会。这些霍尔效应开关
12、可使用南北交变磁场、多极环磁铁进行磁驱效应开关可使用南北交变磁场、多极环磁铁进行磁驱动。动。 典型应用：高灵敏度无触点开关、直流无刷电典型应用：高灵敏度无触点开关、直流无刷电机机Allegro:A1202,A1203Honeywell:SS40A,SS413A,SS411A,SS513AT,SS511AT,SS41SEC：SS41F 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程3 3）全极性霍尔开关）全极性霍尔开关 与其他霍尔效应开关不同，只要存在强度足够大与其他霍尔效应开关不同，只要存在强度足够大的北极或南极磁场，这些器件就能打开；而在没
13、有磁的北极或南极磁场，这些器件就能打开；而在没有磁场的时候，输出会关闭。场的时候，输出会关闭。 Allegro:A3212,A3213,A3214SEC：S3212，S248MST：MH248 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程4 4）锁存霍尔）锁存霍尔ICIC 内部包括双稳态电路，这种基础电路特点，必须内部包括双稳态电路，这种基础电路特点，必须施加相反极性的磁场，电路的输出才能翻转回高电平，施加相反极性的磁场，电路的输出才能翻转回高电平，也就是说具有也就是说具有“锁键锁键”的功能。的功能。 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学
14、院机电工程电动自行车的电路系统框图电动自行车的电路系统框图根据此电压完成电机调速的控制调速转把结构示意图调速转把结构示意图闸把结构示意图闸把结构示意图此端口高低电平输出决定是否将电源电压施加到无刷直流电机的电枢绕组上 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程使用霍尔元件时应注意什么问题？使用霍尔元件时应注意什么问题？ 1.1.驱动方式驱动方式 霍尔元件的驱动方式有恒流和恒压两种。恒压工霍尔元件的驱动方式有恒流和恒压两种。恒压工作的最大优点是电路简单，但它的性能较差，仅用于作的最大优点是电路简单，但它的性能较差，仅用于精度要求不太高的场合；恒流工作与恒压工作相比，精度要求不太高的场合；恒
15、流工作与恒压工作相比，具有温度影响小、精度高、线性好等优点。具有温度影响小、精度高、线性好等优点。 2.2.控制电流控制电流 霍尔元件可采用直流控制，也可采用交流控制。霍尔元件可采用直流控制，也可采用交流控制。使用时要根据不同的要求采用不同的电路连接法。在使用时要根据不同的要求采用不同的电路连接法。在直流控制情况下，为了获得较大的霍尔电动势输出，直流控制情况下，为了获得较大的霍尔电动势输出，可以将控制极通过电阻并联，霍尔电极则串联，使用可以将控制极通过电阻并联，霍尔电极则串联，使用 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程时必须注意：不能将霍尔元件的控制电极串联。时必须注意：不能将霍尔
16、元件的控制电极串联。 3. 3.安装安装 霍尔元件对安装工艺要求很高，安装应坚实牢固，霍尔元件对安装工艺要求很高，安装应坚实牢固，不可有扭曲现象。这是因为霍尔元件的输出电动势受不可有扭曲现象。这是因为霍尔元件的输出电动势受应力影响较大，即使应力很小，也会使其输出电动势应力影响较大，即使应力很小，也会使其输出电动势发生变化，并且会很不稳定。另外，应力稍大，有可发生变化，并且会很不稳定。另外，应力稍大，有可能会使基片碎裂。能会使基片碎裂。 4. 4.散热散热 霍尔元件必须有良好的散热条件，以降低温升，霍尔元件必须有良好的散热条件，以降低温升，特别是希望选用较大的控制电流时应更注意。特别是希望选用较
17、大的控制电流时应更注意。 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程四、霍尔传感器的误差与补偿四、霍尔传感器的误差与补偿零位误差零位误差 主要成因主要成因：霍尔电极霍尔电极不在同一个等势面上，不在同一个等势面上，当控制电流流过元件时，当控制电流流过元件时，即使磁感应强度等于零，即使磁感应强度等于零，输出端也会有电势存在，输出端也会有电势存在，这个电势称为不等位电这个电势称为不等位电势。势。 其它成因：其它成因：控制电流极的端面接触不良，材料电控制电流极的端面接触不良，材料电阻率不均匀，霍尔元件的厚度不均匀等均会产生零阻率不均匀，霍尔元件的厚度不均匀等均会产生零位误差。位误差。 山东交通职
18、业学院机电工程山东交通职业学院机电工程U UH HIIIIR3R4R2R1R1R4 = R2 R3零位误差零位误差 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程U UH HIIIIR 3 R 4 R2 R1 R1R4R2 R3零位误差零位误差 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程ADWBCIIIIR3R4R2R1ADBCW措施措施对称补偿法对称补偿法 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程措施措施不对称补偿法不对称补偿法 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程温度误差及补偿温度误差及补偿 原因原因：半导体材料的电阻率、载流子浓度等：半导体材料的电阻率、载流子
19、浓度等都随温度变化而变化。因此，霍尔元件的输入电都随温度变化而变化。因此，霍尔元件的输入电阻、输出电阻、冷敏度等也将受到温度变化影响，阻、输出电阻、冷敏度等也将受到温度变化影响，从而给测量带来较大的误差。从而给测量带来较大的误差。 措施措施：1 1）选用温度系数小的霍尔元件）选用温度系数小的霍尔元件 2 2）采用恒流源提供控制电流）采用恒流源提供控制电流 3 3）合理选择负载电阻）合理选择负载电阻 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程五、霍尔传感器的应用五、霍尔传感器的应用 霍尔电势是关于霍尔电势是关于I I、B B、 三个变量的函数，即三个变量的函数，即 U UH H= =K K
20、H HIBIBcoscos 。利用这个关系可以使其中两个量。利用这个关系可以使其中两个量不变，将第三个量作为变量，或者固定其中一个不变，将第三个量作为变量，或者固定其中一个量，其余两个量都作为变量。这使得霍尔传感器量，其余两个量都作为变量。这使得霍尔传感器有许多用途。有许多用途。 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程n= = 6060f4(r/min)软铁分流翼片软铁分流翼片 开关型霍尔开关型霍尔IC IC 霍尔式接近开关用于转霍尔式接近开关用于转速测量演示速测量演示 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程霍尔无刷电机霍尔无刷电机普通直流电机使用的电刷和换向片普通直流电机
21、使用的电刷和换向片霍尔式无刷电动机取消了换向器和电刷，而采霍尔式无刷电动机取消了换向器和电刷，而采用霍尔元件来检测转子和定子之间的相对位置，其用霍尔元件来检测转子和定子之间的相对位置，其输出信号经放大、整形后触发电子线路，从而控制输出信号经放大、整形后触发电子线路，从而控制电枢电流的换向，维持电动机的正常运转。电枢电流的换向，维持电动机的正常运转。 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程无刷电动机在电动自行车上的应用无刷电动机在电动自行车上的应用 可充电可充电电池组电池组无刷电动机无刷电动机 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程电动自行车的电动自行车的无刷电动机及控制电路
22、无刷电动机及控制电路 去速度去速度控制器控制器 利用利用PWM调速调速 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程光驱用的无刷电动机内部结构光驱用的无刷电动机内部结构 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程霍尔式无触点汽车电子点火装置霍尔式无触点汽车电子点火装置 采用霍尔式无采用霍尔式无触点电子点火装置能触点电子点火装置能较好地克服汽车合金较好地克服汽车合金触点点火时间不准确、触点点火时间不准确、触点易烧坏、高速时触点易烧坏、高速时动力不足等缺点。动力不足等缺点。 汽车点火线圈汽车点火线圈高压输出接高压输出接头头12V低压电源输入低压电源输入接头接头 山东交通职业学院机电工程山
23、东交通职业学院机电工程 采用霍尔式无触点电子点火装置无磨采用霍尔式无触点电子点火装置无磨损、点火时间准确、高速时动力足。损、点火时间准确、高速时动力足。桑塔纳汽车霍尔式分电器示意图桑塔纳汽车霍尔式分电器示意图 1-1-触发器叶片触发器叶片 2- -槽口槽口 3- -分电器转轴分电器转轴 4- -永久磁铁永久磁铁 5- -霍尔集成电路（霍尔集成电路（PNP型霍尔型霍尔IC） a a）带缺口的触发器叶片带缺口的触发器叶片 b b）触发器叶片与永久磁铁及霍尔集触发器叶片与永久磁铁及霍尔集成电路之间的安装关系成电路之间的安装关系 c c）叶片位置与点火正时的关系叶片位置与点火正时的关系 山东交通职业学
24、院机电工程山东交通职业学院机电工程汽车电子点火电路及波形汽车电子点火电路及波形 1点火开关点火开关 2达林顿晶体管功率开关达林顿晶体管功率开关 3点火线圈低压侧点火线圈低压侧 4点火线圈铁心点火线圈铁心 5点火线圈高压侧点火线圈高压侧 6分火头分火头 7火花塞火花塞 a a）电路电路 b）霍尔霍尔IC及点火线圈高压侧输出波形及点火线圈高压侧输出波形 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程霍尔电流传感器霍尔电流传感器 将被测电流的导线将被测电流的导线穿过霍尔电流传感器穿过霍尔电流传感器的检测孔。当有电流的检测孔。当有电流通过导线时，在导线通过导线时，在导线周围将产生磁场，磁周围将产生磁
25、场，磁力线集中在铁心内，力线集中在铁心内，并在铁心的缺口处穿并在铁心的缺口处穿过霍尔元件，从而产过霍尔元件，从而产生与电流成正比的霍生与电流成正比的霍尔电压尔电压。 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程铁心 线性霍线性霍尔尔IC EH=KH IB 所实现的多媒体界面：所实现的多媒体界面： 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程霍尔钳形电流表（交直流两用）霍尔钳形电流表（交直流两用）压舌压舌豁口豁口 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程直流直流200A量程量程被测
26、电流的被测电流的导线未放入导线未放入铁心时示值铁心时示值为零为零70.9A70.9A 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程霍尔钳形电流表的使用霍尔钳形电流表的使用被测电流的导线从此处穿入钳形表的环被测电流的导线从此处穿入钳形表的环形铁心形铁心手指按下此处，将钳形表的铁心张开手指按下此处，将钳形表的铁心张开将被测电流导线逐根夹到钳形表将被测电流导线逐根夹到钳形表的环形铁心中的环形铁心中 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程 叉叉形形钳形表漏磁钳形表漏磁稍大，但使用方稍大，但使用方便便 用用钳形表测量钳形表测量 电动机的相电流电动机的相电流 山东交通职业学院机电工程山东交通
27、职业学院机电工程霍尔特斯拉计霍尔特斯拉计 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程实验：直流激励时霍尔传感器的位移特性实验实验：直流激励时霍尔传感器的位移特性实验思考题：思考题： 在测量数据时，测微头向左和向右移动时，在测量数据时，测微头向左和向右移动时，电路输出有何不同，输入输出关系曲线是否重合电路输出有何不同，输入输出关系曲线是否重合？为什么？为什么？ 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程其他磁传感器其他磁传感器 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程一、磁敏电阻一、磁敏电阻1 1、工作原理、工作原理磁阻效应：磁阻效应：一些特定形状的半导体材料，在磁场一些特定
28、形状的半导体材料，在磁场作用下，霍尔效应不明显，但是，电流在其内部作用下，霍尔效应不明显，但是，电流在其内部的的路径路径却发生了明显的变化。这种变化在原理上却发生了明显的变化。这种变化在原理上讲可以认为是半导体的电阻值或者说是半导体的讲可以认为是半导体的电阻值或者说是半导体的电阻率电阻率发生了变化。这种现象称为磁阻效应。发生了变化。这种现象称为磁阻效应。 物理磁阻效应物理磁阻效应几何磁阻效应几何磁阻效应 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程物理磁阻效应物理磁阻效应 当温度恒定，在弱磁场范围内，磁阻与磁感当温度恒定，在弱磁场范围内，磁阻与磁感应强度成正比。应强度成正比。 磁阻效应表达
29、式为：磁阻效应表达式为：其中：其中：B B磁场感应强度磁场感应强度 电子迁移率电子迁移率 零磁场下的电阻率零磁场下的电阻率 磁感应强度为磁感应强度为B B时的电阻率时的电阻率 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程电阻率变化为：电阻率变化为：几何磁阻效应几何磁阻效应 电阻率相对变化与磁感应强度和迁移率关系：电阻率相对变化与磁感应强度和迁移率关系：其中其中f f（l/bl/b）形状效应系数形状效应系数 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程2 2、材料和结构、材料和结构材料材料 磁敏电阻一般用半导体磁敏电阻一般用半导体InSbInSb和和InAsInAs制成。制成。结构结构
30、一般采用镀膜的方式构成，在厚度为一般采用镀膜的方式构成，在厚度为0.1-0.1-0.5mm0.5mm的绝缘基片上蒸镀的绝缘基片上蒸镀InSbInSb材料，镀膜的厚度尽材料，镀膜的厚度尽可能小，一般为可能小，一般为20-25um20-25um，横向宽度比纵向长度大，横向宽度比纵向长度大4040倍倍，初始电阻约，初始电阻约100100，栅格金属条在，栅格金属条在100100根根以以上。上。 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程形状形状科尔比诺圆盘科尔比诺圆盘 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程3、特性、特性B-RB-R特性特性 由无磁场时电阻由无磁场时电阻R R0 0和磁
31、感应强度为和磁感应强度为B B时的时的电阻电阻R RB B来表示。来表示。 R R0 0随元件的形状不同而异，随元件的形状不同而异，约为数十欧至数千欧。约为数十欧至数千欧。 R RB B随磁感应强度的变化而成倍变化。随磁感应强度的变化而成倍变化。 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程灵敏度灵敏度磁敏电阻的灵敏度可由下式表示：磁敏电阻的灵敏度可由下式表示：其中：其中：R R3 3磁感应强度为磁感应强度为0.30.3特斯拉时特斯拉时R RB B值；值； R R0 0无磁场时电阻无磁场时电阻一般，磁阻元件的灵敏度一般，磁阻元件的灵敏度K=2.7K=2.7 山东交通职业学院机电工程山东交通
32、职业学院机电工程温度系数温度系数 磁敏电阻温度系数约为磁敏电阻温度系数约为-2%。 为了补偿磁敏电阻的温度特性，可采用两个为了补偿磁敏电阻的温度特性，可采用两个元件串联成对使用。元件串联成对使用。 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程4 4、特点及应用、特点及应用v特点：阻抗低、阻值对磁场变化率大，非接触式特点：阻抗低、阻值对磁场变化率大，非接触式 测量，频率响应好、动态范围广及噪声小等。测量，频率响应好、动态范围广及噪声小等。v应用：无触点开关、压力开关、旋转编码器、角应用：无触点开关、压力开关、旋转编码器、角度传感器、转速传感器等等。度传感器、转速传感器等等。 山东交通职业学院
33、机电工程山东交通职业学院机电工程磁敏电阻可用于测量地球磁场方向及强度的变化指南针只能指示地球磁场方向4、应用 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程磁阻式电子罗盘磁阻式电子罗盘 4、应用 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程磁敏电阻磁敏电阻ICIC及其应用及其应用 4、应用 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程磁敏电阻的应用磁敏电阻的应用 根据铁磁物体对地磁的扰动，可检测车辆的存在，可用于包括自动开门，路况监测，停车场检测，车辆位置监测，红绿灯控制等。 4、应用 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程磁敏电阻小型探矿仪磁敏电阻小型探矿仪 上海直川信息
34、技术有限公司研制的上海直川信息技术有限公司研制的磁阻探矿仪及数据统计曲线图磁阻探矿仪及数据统计曲线图4、应用 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程磁阻磁阻ICIC用于笔式验钞器用于笔式验钞器 验钞笔顺着纸币上的磁验钞笔顺着纸币上的磁性防伪线扫描性防伪线扫描 4、应用 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程二、磁敏二极管二、磁敏二极管1 1、结构、结构磁敏二极管是PINPIN型型磁敏二极管的P区，N区之间有一个较长的本征区本征区 I I一面磨成光滑的复合表面称为I I区区一面打毛比较粗糙，便于电子空穴对迅速复合，称为r r区区 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工
35、程2 2、工作原理、工作原理 r r区和区和I I区的区的复合能力之差复合能力之差越大，磁敏二极管的灵越大，磁敏二极管的灵敏度就越高。在较弱的磁场条件下，能够获得敏度就越高。在较弱的磁场条件下，能够获得较大较大的输出的输出。这是霍尔元件以及磁敏电阻都不能够比的。这是霍尔元件以及磁敏电阻都不能够比的。 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程思考题：思考题：v 磁敏二极管施加磁敏二极管施加反向电压反向电压呢？呢？ 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程3 3、主要技术参数和特性、主要技术参数和特性v伏安特性伏安特性 在不同方向和强度的磁感应强度在不同方向和强度的磁感应强度B B
36、的作用下，的作用下，磁敏二极管正向偏置电压和通过其上电流的关磁敏二极管正向偏置电压和通过其上电流的关系。系。 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程v磁电特性磁电特性 在给定条件下，磁敏二极管的输出电压的变在给定条件下，磁敏二极管的输出电压的变化量与外加磁场关系称为磁电特性。化量与外加磁场关系称为磁电特性。 弱磁场下，输出电压与磁场强度成线性关系；弱磁场下，输出电压与磁场强度成线性关系；随着磁场强度的增加，这种关系呈现非线性。随着磁场强度的增加，这种关系呈现非线性。v灵敏度灵敏度 当外加磁场强度当外加磁场强度B B为为+0.1T0.1T时输出端电压增量时输出端电压增量与电流增量之比。
37、与电流增量之比。 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程v温度特性温度特性 在标准测试条件下，输出电压变化量随温度在标准测试条件下，输出电压变化量随温度变化的规律。变化的规律。v工作电压工作电压U U0 0和工作电流和工作电流I I0 0 在零磁场时加在磁敏二极管两端的电压、电在零磁场时加在磁敏二极管两端的电压、电流值。流值。 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程4 4、特点及应用、特点及应用特点：灵敏度高、线路简单、成本低，更适用于特点：灵敏度高、线路简单、成本低，更适用于测量弱磁场；具有正反磁灵敏度；可在较小电流测量弱磁场；具有正反磁灵敏度；可在较小电流下工作；灵敏度
38、与磁场关系呈线性范围较窄。下工作；灵敏度与磁场关系呈线性范围较窄。应用应用 可用来检测磁场方向；作箝位电流计，测转速、可用来检测磁场方向；作箝位电流计，测转速、位移等等。位移等等。 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程复合区复合区-r-r区区NPN型磁敏三管极 1 1、结构、结构三、磁敏三极管三、磁敏三极管N+cyerxP+bN+12 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程 由于基区的宽度大于载流子有效扩散长度，所以注入由于基区的宽度大于载流子有效扩散长度，所以注入的载流子只有很少数会扩散到集电极，大部分的载流子都的载流子只有很少数会扩散到集电极，大部分的载流子都会通过流
39、到基极，形成基极电流。这样由于基极电流大于会通过流到基极，形成基极电流。这样由于基极电流大于集电极电流，所以电流放大系数集电极电流，所以电流放大系数= =I Ic c/I/Ib b11。当磁敏三极管不受磁场作用时当磁敏三极管不受磁场作用时2 2、工作原理、工作原理N+cyerxP+bN+12 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程当磁敏三极管受到当磁敏三极管受到H H（正向磁场）作用时（正向磁场）作用时 由于洛仑兹力的作用，载流子将向发射结一侧偏转，由于洛仑兹力的作用，载流子将向发射结一侧偏转，从而使集电极电流显著下降，所以电流放大系数从而使集电极电流显著下降，所以电流放大系数下降。
40、下降。N+cyerxP+bN+N+cyerxP+bN+12 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程 载流子在洛仑兹力的作用下，向集电结一侧偏转，使载流子在洛仑兹力的作用下，向集电结一侧偏转，使集电极电流增大，所以电流放大系数集电极电流增大，所以电流放大系数增大。增大。当磁敏三极管受到当磁敏三极管受到H H作用时作用时N+cyerxP+bN+N+cyerxP+bN+ N+cyerxP+bN+12 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程 由以上分析可以知道，磁敏三极管在正、反向磁场作用由以上分析可以知道，磁敏三极管在正、反向磁场作用下，其电流放大系数是随磁场变化的，从而实现了磁
41、电转下，其电流放大系数是随磁场变化的，从而实现了磁电转换。磁敏三极管有确定的磁敏表面，使用时必须注意换。磁敏三极管有确定的磁敏表面，使用时必须注意磁场磁场必须与磁敏表面垂直。必须与磁敏表面垂直。 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程3 3、主要技术特性、主要技术特性磁灵敏度磁灵敏度 指当基极电流恒定，外加磁场强度指当基极电流恒定，外加磁场强度B=0B=0时集电极电时集电极电流流IcoIco与外加磁场强度与外加磁场强度 时集电极电流时集电极电流 相对相对变化值，即变化值，即磁电特性磁电特性 在基极电流恒定时，集电极电流与外加磁场关系在基极电流恒定时，集电极电流与外加磁场关系曲线。在弱
42、磁场作用下，接近线性。曲线。在弱磁场作用下，接近线性。 山东交通职业学院机电工程山东交通职业学院机电工程温度特性温度特性 集电极电流温度特性具有负的温度系数。集电极电流温度特性具有负的温度系数。 在基极电流恒定条件下，在在基极电流恒定条件下，在-40-40100100范围内，平范围内，平均温度系数为均温度系数为-0.1-0.1-0.3%/-0.3%/。4 4、特点及应用、特点及应用特点：灵敏度高、无触点、输出功率大、响应快、特点：灵敏度高、无触点、输出功率大、响应快、体积小、成本低体积小、成本低应用：磁力探测、无损探伤、位移、转速计自动应用：磁力探测、无损探伤、位移、转速计自动控制中得到广泛应用。控制中得到广泛应用。
