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1、LOGO第第5章章 磁敏传感器磁敏传感器5.15.25.3第第5章章 磁敏传感器磁敏传感器概述概述霍尔元件霍尔元件5.4半导体磁阻器件半导体磁阻器件结型磁敏器件结型磁敏器件5.5铁磁性金属薄膜磁阻元件铁磁性金属薄膜磁阻元件5.6压磁式传感器压磁式传感器5.7新型磁传感器新型磁传感器5.1 概述概述霍尔元件霍尔元件强磁体薄膜磁阻器件强磁体薄膜磁阻器件 半导体磁阻器件半导体磁阻器件5.2 霍尔元件霍尔元件 123霍尔效应霍尔效应影响霍尔效应的因素影响霍尔效应的因素4霍尔元件基本结构霍尔元件基本结构 霍尔元件基本特性霍尔元件基本特性 5霍尔元件的电磁特性霍尔元件的电磁特性6霍尔元件不等位电势补偿霍尔
2、元件不等位电势补偿 7霍尔元件温度补偿霍尔元件温度补偿 89霍尔集成电路霍尔集成电路 霍尔式传感器的应用霍尔式传感器的应用 v f1 =evB 式中: e电子电荷; v电子运动平均速度; B磁场的磁感应强度5.2 霍尔元件霍尔元件 图图 5 5 2 2 霍尔实验霍尔实验5.2 霍尔元件霍尔元件 图图 5 5 3 3 霍尔效应霍尔效应v磁场与元件法线的夹角磁场与元件法线的夹角v元件的几何形状元件的几何形状 5.2.2 影响霍尔效应的因素影响霍尔效应的因素 图图 5 5 4 4 元件尺寸元件尺寸l/bl/b与与f(l/b)f(l/b)的关系曲线的关系曲线5.2.2 影响霍尔效应的因素影响霍尔效应的
3、因素 v控制电极对控制电极对UH的短路作用的短路作用 图图 5 5 5 5 UHUH随随x x的变化曲线的变化曲线v霍尔元件基本结构 5.2.3 霍尔元件基本结构霍尔元件基本结构 图图 5 5 6 6 霍尔元件的基本结构霍尔元件的基本结构 v额定激励电流和最大允许激励电流额定激励电流和最大允许激励电流v输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻v不等位电势和不等位电阻不等位电势和不等位电阻v寄生直流电势寄生直流电势v霍尔电势温度系数霍尔电势温度系数v乘积灵敏度乘积灵敏度Kv磁灵敏度磁灵敏度SB:5.2.4 霍尔元件基本特性霍尔元件基本特性 v霍尔输出电势与控制电流霍尔输出电势与控制电流(直流或交流直
4、流或交流)之间的关系之间的关系(即即UHI特性特性)。 5.2.5 霍尔元件基本特性霍尔元件基本特性 图图 5 5 7 7 电流电流I I与霍尔电势与霍尔电势UHUH关系曲线关系曲线v霍尔输出电势与直流控制电压之间的关系霍尔输出电势与直流控制电压之间的关系(即即UH一一V特性特性) v霍尔输出与磁场霍尔输出与磁场(恒定或交变恒定或交变)之间的关系之间的关系(即即UH一一B特性特性) 5.2.5 霍尔元件基本特性霍尔元件基本特性 图图 5 5 8 8 霍尔元件的开路输出与磁感应强度关系曲线霍尔元件的开路输出与磁感应强度关系曲线 v元件的输入或输出电阻与磁场之间的关系元件的输入或输出电阻与磁场之间
5、的关系(即即R一一B特性特性) 5.2.5 霍尔元件基本特性霍尔元件基本特性 图图 5 5 9 9 霍尔元件的输入（或输出）电阻与磁场关系曲线霍尔元件的输入（或输出）电阻与磁场关系曲线 5.2.6 霍尔元件不等位电势补偿霍尔元件不等位电势补偿 图图 510 不等位电势补偿电路不等位电势补偿电路 v霍尔元件输入电阻温度补偿霍尔元件输入电阻温度补偿 v霍尔元件灵敏系数霍尔元件灵敏系数KH温度补偿温度补偿 热敏电阻补偿法热敏电阻补偿法5.2.7 霍尔元件温度补偿霍尔元件温度补偿 图图 511 恒流温度补偿电路恒流温度补偿电路 双霍尔元件补偿法双霍尔元件补偿法v霍尔元件输出电阻的温度补偿霍尔元件输出电
6、阻的温度补偿 图图 513 霍尔元件的输出电阻对测量的影响霍尔元件的输出电阻对测量的影响 5.2.7 霍尔元件温度补偿霍尔元件温度补偿 v开关型霍尔集成传感器开关型霍尔集成传感器 开关型霍尔集成传感器的结构及工作原理开关型霍尔集成传感器的结构及工作原理 5.2.8 霍尔集成电路霍尔集成电路 图图 5 5 14 14 开关型霍尔集成传感器的内部电路及框图开关型霍尔集成传感器的内部电路及框图 5.2.8 霍尔集成电路霍尔集成电路 图图 5 5 15 15 开关型霍尔集成传感器的外形及典型接口电路开关型霍尔集成传感器的外形及典型接口电路 开关型霍尔集成传感器的工作特性开关型霍尔集成传感器的工作特性
7、5.2.8 霍尔集成电路霍尔集成电路 图图 5 5 16 16 霍尔开关集成传感器的工作特性曲线霍尔开关集成传感器的工作特性曲线 图图 517 双稳态型传感器的工作特性曲线双稳态型传感器的工作特性曲线 5.2.8 霍尔集成电路霍尔集成电路 v霍尔线性集成传感器霍尔线性集成传感器 霍尔线性集成传感器的结构和工作原理霍尔线性集成传感器的结构和工作原理 5.2.8 霍尔集成电路霍尔集成电路 图图 5 5 18 18 单端输出线性霍尔集成传感器单端输出线性霍尔集成传感器 5.2.8 霍尔集成电路霍尔集成电路 图图 519 双端输出线性霍尔集成传感器双端输出线性霍尔集成传感器 5.2.8 霍尔集成电路霍
8、尔集成电路 霍尔线性集成传感器的结构和工作原理霍尔线性集成传感器的结构和工作原理 图图 5 5 20 20 单端输出特性单端输出特性 5.2.8 霍尔集成电路霍尔集成电路 图图 5 5 21 21 双端输出特性双端输出特性 5.2.9 霍尔式传感器的应用霍尔式传感器的应用 v微位移和压力的测量微位移和压力的测量 图图 522 霍尔式传感器结构原理图霍尔式传感器结构原理图1-弹簧管；弹簧管；2-磁铁，磁铁，3-霍尔片霍尔片 5.2.9 霍尔式传感器的应用霍尔式传感器的应用 图图 523 霍尔加速度传感器结构原理图霍尔加速度传感器结构原理图 v磁场的测量磁场的测量5.3 半导体磁阻器件半导体磁阻器
9、件 123磁阻效应磁阻效应磁阻元件磁阻元件磁敏电阻的应用磁敏电阻的应用5.3.1 磁阻效应磁阻效应v物理磁阻效应物理磁阻效应v几何磁阻效应几何磁阻效应图图 524 几何磁阻效应实验结果几何磁阻效应实验结果 v作用机理作用机理5.3.1 磁阻效应磁阻效应图图 525 两种载流子的磁电阻效应图两种载流子的磁电阻效应图5.3.1 磁阻效应磁阻效应图图 526 不同形状样品磁电阻效应图不同形状样品磁电阻效应图（a）长方形（）长方形（lw）(b) 长方形（长方形（lw）（）（c）科比诺圆盘）科比诺圆盘5.3.2 磁阻元件磁阻元件v长方形磁敏电阻元件长方形磁敏电阻元件v栅格磁敏电阻一高灵敏电阻栅格磁敏电阻
10、一高灵敏电阻v科宾诺元件科宾诺元件vInsbNisb共晶磁阻元件共晶磁阻元件图图 530 InsbNisb共晶磁阻元件共晶磁阻元件v磁敏电阻的温度补偿磁敏电阻的温度补偿5.3.2 磁阻元件磁阻元件图图 531磁阻和温度的关系磁阻和温度的关系 图图 532差动式元件温度补偿差动式元件温度补偿5.3.3 磁敏电阻的应用磁敏电阻的应用v非接触式交流电流监视器非接触式交流电流监视器 图图 533 非接触式交流电流监视器电路非接触式交流电流监视器电路5.3.3 磁敏电阻的应用磁敏电阻的应用图图 534 用用MS-F06测量交流电流测量交流电流 v电机转速测量电路电机转速测量电路5.3.3 磁敏电阻的应用
11、磁敏电阻的应用图图 535 采用磁敏电阻测量电机转速电路采用磁敏电阻测量电机转速电路5.4 5.4 结型磁敏器件结型磁敏器件12磁敏二极管磁敏二极管磁敏三极管磁敏三极管5.4.1 磁敏二极管磁敏二极管v磁敏二极管的工作原理磁敏二极管的工作原理v磁敏二极管的主要特征磁敏二极管的主要特征v磁敏二极管的温度补偿电路磁敏二极管的温度补偿电路v磁敏二极管的应用举例磁敏二极管的应用举例v磁敏二极管的结构磁敏二极管的结构 5.4.1.1 磁敏二极管的工作原理图图 536 磁敏二极管的结构和电路符号磁敏二极管的结构和电路符号(a)结构结构; (b)电路符号电路符号v磁敏二极管的工作原理磁敏二极管的工作原理 5
12、.4.1.1 磁敏二极管的工作原理图图 537 磁敏二极管的工作原理示意图磁敏二极管的工作原理示意图5.4.1.2 磁敏二极管的主要特征磁敏二极管的主要特征 v伏安特性伏安特性 图图 538 磁敏二极管伏安特性曲线磁敏二极管伏安特性曲线（a）锗磁敏二极管（）锗磁敏二极管（b）、（）、（c）硅二极管）硅二极管v磁电特性磁电特性5.4.1.2 磁敏二极管的主要特征磁敏二极管的主要特征 图图 539 磁敏二极管的磁电特性曲线磁敏二极管的磁电特性曲线（a）单个使用时（）单个使用时（b）互补使用时）互补使用时v温度特性温度特性 5.4.1.2 磁敏二极管的主要特征磁敏二极管的主要特征 图图 540 磁敏
13、二极管温度特性曲线磁敏二极管温度特性曲线 (单个使用时单个使用时)v频率特性频率特性v磁灵敏度磁灵敏度5.4.1.2 磁敏二极管的主要特征磁敏二极管的主要特征 图图 541 锗磁敏三极管频率特性锗磁敏三极管频率特性v互补式温度补偿电路互补式温度补偿电路5.4.1.3 磁敏二极管的温度补偿电路磁敏二极管的温度补偿电路 图图 542 温度补偿电路温度补偿电路v热敏电阻补偿电路热敏电阻补偿电路v全桥电路全桥电路v差分式电路差分式电路5.4.1.3 磁敏二极管的温度补偿电路磁敏二极管的温度补偿电路 5.4.1.4 磁敏二极管的应用举例磁敏二极管的应用举例 图图 543 无触点电位器的结构示意图无触点电
14、位器的结构示意图5.4.2 磁敏三极管磁敏三极管v磁敏三极管的结构与原理磁敏三极管的结构与原理v磁敏三极管的主要特性磁敏三极管的主要特性 v磁敏二极管和磁敏三极管的应用磁敏二极管和磁敏三极管的应用 v常用磁敏管的型号和参数常用磁敏管的型号和参数 5.4.2.1 磁敏三极管的结构与原理磁敏三极管的结构与原理v磁敏三极管的结构磁敏三极管的结构v磁敏三极管的工作原理磁敏三极管的工作原理图图 545 磁敏三极管工作原理示意图磁敏三极管工作原理示意图(a)H=0; (b)H=H+; (c)H=H-v伏安特性伏安特性 5.4.2.1 磁敏三极管的主要特性磁敏三极管的主要特性图图 546 磁敏三极管伏安特性
15、曲线磁敏三极管伏安特性曲线v磁电特性磁电特性 5.4.2.1 磁敏三极管的主要特性磁敏三极管的主要特性图图 547 3BCM磁敏三极管电磁特性磁敏三极管电磁特性v温度特性温度特性图图 548 3BCM磁敏三极管的温度特性磁敏三极管的温度特性(a)基极电源恒压基极电源恒压 (b)基极恒流基极恒流5.4.2.1 磁敏三极管的主要特性磁敏三极管的主要特性v频率特性频率特性v磁灵敏度磁灵敏度5.4.2.3 磁敏三极管的主要特性磁敏三极管的主要特性5.4.2.1 磁敏三极管的主要特性磁敏三极管的主要特性5.4.2.4 磁敏二极管和磁敏三极管的应用磁敏二极管和磁敏三极管的应用5.4.2.4 常用磁敏管的型
16、号和参数常用磁敏管的型号和参数表表 51 3BCM型锗磁敏三极管参数表型锗磁敏三极管参数表5.4.2.4 常用磁敏管的型号和参数常用磁敏管的型号和参数表表 52 3CCM型硅磁敏三极管参数表型硅磁敏三极管参数表5.5 铁磁性金属薄膜磁阻元件铁磁性金属薄膜磁阻元件v铁磁体中的磁阻效应铁磁体中的磁阻效应v铁磁薄膜磁敏电阻的结构与工作原理铁磁薄膜磁敏电阻的结构与工作原理图图 549 铁磁薄膜磁敏电阻结构及工作原理铁磁薄膜磁敏电阻结构及工作原理5.5 铁磁性金属薄膜磁阻元件铁磁性金属薄膜磁阻元件图图 550 强磁性金属膜四端磁敏电阻结构强磁性金属膜四端磁敏电阻结构v铁磁薄膜磁敏电阻的技术性能及特点铁磁
17、薄膜磁敏电阻的技术性能及特点 5.6 压磁式传感器压磁式传感器 v压磁式传成器的基本原理压磁式传成器的基本原理 图图 551 压磁式传感器工作原理压磁式传感器工作原理v压磁传感盟的主要特性压磁传感盟的主要特性激磁绕组的安匝特性激磁绕组的安匝特性输出特性输出特性频率响应频率响应测量误差测量误差5.6 压磁式传感器压磁式传感器 v压磁式传感器的应用举例压磁式传感器的应用举例 5.6 压磁式传感器压磁式传感器 图图 552 压磁式压力传感器结构压磁式压力传感器结构5.7 新型磁传感器新型磁传感器vMOS磁敏器件 图图 553 分漏磁敏分漏磁敏MOS管工作原理管工作原理图图 554 CMOS磁敏管原理
18、图磁敏管原理图5.7 新型磁传感器新型磁传感器图图 555 CMOS管输出电压与磁感应强度关系曲线管输出电压与磁感应强度关系曲线5.7 新型磁传感器新型磁传感器图图 556 两只互补两只互补SD-MOSFET的的CMOS磁敏器件等效电路磁敏器件等效电路5.7 新型磁传感器新型磁传感器v高分辨率磁性旋转编码器高分辨率磁性旋转编码器 5.7 新型磁传感器新型磁传感器图图 557 磁性编码器的结构示意图磁性编码器的结构示意图5.7 新型磁传感器新型磁传感器图图 558 磁阻元件与磁鼓的关系图磁阻元件与磁鼓的关系图图图 559 磁阻元件的电路连接图磁阻元件的电路连接图v涡流传感器涡流传感器 5.7 新型磁传感器新型磁传感器图图 560 谐振电路谐振电路v韦根德磁敏器件 图图 561 韦根德丝的两种磁化状态韦根德丝的两种磁化状态图图 562 韦根德丝触觉传感器韦根德丝触觉传感器5.7 新型磁传感器新型磁传感器v磁通门传感器磁通门传感器 图图 563 环形铁心磁通门环形铁心磁通门5.7 新型磁传感器新型磁传感器表表 5 53 3 部分永磁材料的技术参数部分永磁材料的技术参数5.7 新型磁传感器新型磁传感器
