cP磁敏傳感器實(shí)用PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1cP磁敏傳感器實(shí)用磁敏傳感器實(shí)用2 霍爾傳感器有單端輸出和雙端輸出（差動(dòng)輸出）兩種電路?；魻杺鞲衅饔袉味溯敵龊碗p端輸出（差動(dòng)輸出）兩種電路。 開(kāi)關(guān)型開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器：由霍爾傳感器：由霍爾元件、放大器、霍爾元件、放大器、施密特整形電路施密特整形電路和集電極開(kāi)路輸出等部分組成。和集電極開(kāi)路輸出等部分組成。第1頁(yè)/共21頁(yè)3施密特觸發(fā)器的工作特點(diǎn)：施密特觸發(fā)器的工作特點(diǎn)： 施密特觸發(fā)器屬于電平觸發(fā)器件，適用于緩慢變化的信號(hào)，當(dāng)輸入信號(hào)達(dá)到某一定電壓值時(shí)，輸出電壓會(huì)發(fā)生突變。施密特觸發(fā)器屬于電平觸發(fā)器件，適用于緩慢變化的信號(hào)，當(dāng)輸入信號(hào)達(dá)到某一定電壓值時(shí)，輸出電壓會(huì)發(fā)生突變。 電路有兩個(gè)閾值電

2、壓。電路有兩個(gè)閾值電壓。 輸入信號(hào)增加和減少時(shí)，電路的閾值電壓不同，電路具有如下圖所示的傳輸特性輸入信號(hào)增加和減少時(shí)，電路的閾值電壓不同，電路具有如下圖所示的傳輸特性 。 o vI vO VOH VOL (a) VT+VT_ o vI vO1 VOH VOL (b) VT+VT_ 1 vovI 1 vovI第2頁(yè)/共21頁(yè)4vI VT+VT_vO00tt0vIvOVT+VT_VDD(a) 工作波形工作波形(b) 傳輸特性曲線傳輸特性曲線 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 vI1第3頁(yè)/共21頁(yè)5霍爾傳感器應(yīng)用霍爾傳感器應(yīng)用1）直流無(wú)刷電機(jī)的位置傳感器，檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，以直流無(wú)刷

3、電機(jī)的位置傳感器，檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，以 實(shí)實(shí)現(xiàn)換向現(xiàn)換向霍 爾 元 件霍 爾 元 件H2面向轉(zhuǎn)面向轉(zhuǎn)子子N極方向極方向H2導(dǎo)導(dǎo)通 為通 為低 電低 電平平功率功率管管VT2導(dǎo)通導(dǎo)通繞組繞組W2通通過(guò)電流過(guò)電流IW2S轉(zhuǎn)子順時(shí)轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)針旋轉(zhuǎn)第4頁(yè)/共21頁(yè)62 2）測(cè)轉(zhuǎn)角測(cè)轉(zhuǎn)角第5頁(yè)/共21頁(yè)72 2）測(cè)轉(zhuǎn)角測(cè)轉(zhuǎn)角第6頁(yè)/共21頁(yè)83 3）電流傳感器電流傳感器/ /鉗形表鉗形表 當(dāng)電流流過(guò)導(dǎo)線時(shí)，將在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)大當(dāng)電流流過(guò)導(dǎo)線時(shí)，將在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)大小與流過(guò)導(dǎo)線的電流大小成正比，這一磁場(chǎng)可以通過(guò)小與流過(guò)導(dǎo)線的電流大小成正比，這一磁場(chǎng)可以通過(guò)軟磁材料來(lái)聚集，然后用霍爾器件進(jìn)行

4、檢測(cè)。軟磁材料來(lái)聚集，然后用霍爾器件進(jìn)行檢測(cè)。 第7頁(yè)/共21頁(yè)9葉片和齒輪位置傳感器葉片和齒輪位置傳感器4）葉片和齒輪位置傳感器葉片和齒輪位置傳感器第8頁(yè)/共21頁(yè)105 5）汽車速度測(cè)量汽車速度測(cè)量第9頁(yè)/共21頁(yè)111 1一軸一軸 2 2一外殼一外殼 3 3電路電路 4 4一定子一定子5 5線圈線圈 6 6一霍爾元件一霍爾元件 7 7一永磁轉(zhuǎn)子一永磁轉(zhuǎn)子6 6）電動(dòng)自行車電動(dòng)自行車/ /霍爾電機(jī)霍爾電機(jī)第10頁(yè)/共21頁(yè)127）鐵磁材料裂紋檢測(cè)鐵磁材料裂紋檢測(cè) NS第11頁(yè)/共21頁(yè)13案例：案例：輸油管檢測(cè)用管道豬輸油管檢測(cè)用管道豬( (PiggingPigging) )第12頁(yè)/共2

5、1頁(yè)14霍爾元件霍爾元件可以用來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度、位移、力、速度、角度等。其特點(diǎn)是體積小、使用間便、無(wú)接觸測(cè)量，但受溫度影響較大，在做精密測(cè)量時(shí)應(yīng)作溫度補(bǔ)償?？梢杂脕?lái)測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度、位移、力、速度、角度等。其特點(diǎn)是體積小、使用間便、無(wú)接觸測(cè)量，但受溫度影響較大，在做精密測(cè)量時(shí)應(yīng)作溫度補(bǔ)償。二、磁敏電阻二、磁敏電阻 磁阻效應(yīng)磁阻效應(yīng)當(dāng)一載流導(dǎo)體置于磁場(chǎng)中時(shí)，其電阻會(huì)隨磁場(chǎng)而變化。磁敏電阻就是基于磁阻效應(yīng)工作的。當(dāng)一載流導(dǎo)體置于磁場(chǎng)中時(shí)，其電阻會(huì)隨磁場(chǎng)而變化。磁敏電阻就是基于磁阻效應(yīng)工作的。 磁阻效應(yīng)磁阻效應(yīng)是伴隨霍爾效應(yīng)同時(shí)發(fā)生的一種物理現(xiàn)象。運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到洛侖茲力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)后，其從一個(gè)電

6、極到另一個(gè)電極所經(jīng)過(guò)的途徑，要比無(wú)磁場(chǎng)作用時(shí)所經(jīng)過(guò)的途徑長(zhǎng)些，因此增加了電阻率。是伴隨霍爾效應(yīng)同時(shí)發(fā)生的一種物理現(xiàn)象。運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到洛侖茲力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)后，其從一個(gè)電極到另一個(gè)電極所經(jīng)過(guò)的途徑，要比無(wú)磁場(chǎng)作用時(shí)所經(jīng)過(guò)的途徑長(zhǎng)些，因此增加了電阻率。 磁阻效應(yīng)磁阻效應(yīng)與半導(dǎo)體材料的遷移率，幾何形狀有關(guān)。一般遷移率愈高，元件的長(zhǎng)寬比愈小，磁阻效應(yīng)愈大。與半導(dǎo)體材料的遷移率，幾何形狀有關(guān)。一般遷移率愈高，元件的長(zhǎng)寬比愈小，磁阻效應(yīng)愈大。 制造磁敏電阻的材料：制造磁敏電阻的材料：銻化銦銻化銦(InSb),(InSb),砷化銦砷化銦(InAs)(InAs)等。等。第13頁(yè)/共21頁(yè)15 磁電阻測(cè)

7、量實(shí)驗(yàn)磁電阻測(cè)量實(shí)驗(yàn)外接電阻外接電阻磁阻器磁阻器R12VNS 處于磁場(chǎng)中的磁阻器件和一個(gè)外接電阻串聯(lián)，接在恒流源的分壓電路中，通過(guò)對(duì)處于磁場(chǎng)中的磁阻器件和一個(gè)外接電阻串聯(lián)，接在恒流源的分壓電路中，通過(guò)對(duì)R R的調(diào)節(jié)可以調(diào)節(jié)磁阻器件中電流的大小，電壓表聯(lián)接的調(diào)節(jié)可以調(diào)節(jié)磁阻器件中電流的大小，電壓表聯(lián)接1 1或或2 2可以分別監(jiān)測(cè)外接電阻的電壓和磁阻器件的電壓?？梢苑謩e監(jiān)測(cè)外接電阻的電壓和磁阻器件的電壓。 實(shí)用的磁敏電阻在無(wú)磁場(chǎng)時(shí)的初始電阻值實(shí)用的磁敏電阻在無(wú)磁場(chǎng)時(shí)的初始電阻值R R0 0可達(dá)幾百歐姆，在磁感應(yīng)強(qiáng)度可達(dá)幾百歐姆，在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0TB=1.0T時(shí)，其阻值時(shí)，其阻值R RB B與

8、與R R0 0的比值可高達(dá)的比值可高達(dá)1212左右。左右。第14頁(yè)/共21頁(yè)16 磁敏電阻是兩端器件，使用方便，但受溫度影響磁敏電阻是兩端器件，使用方便，但受溫度影響很大，制作工藝難度大，應(yīng)用受到限制。很大，制作工藝難度大，應(yīng)用受到限制。三、磁敏管三、磁敏管1 1 磁敏二極管磁敏二極管 （1 1）磁敏二極管的結(jié)構(gòu)）磁敏二極管的結(jié)構(gòu) 有硅磁敏二級(jí)管和鍺磁敏二級(jí)管兩種。與普通二極管區(qū)別：普通二極管有硅磁敏二級(jí)管和鍺磁敏二級(jí)管兩種。與普通二極管區(qū)別：普通二極管PNPN結(jié)的基區(qū)很短，以避免載流子在基區(qū)里復(fù)合，磁敏二級(jí)管的結(jié)的基區(qū)很短，以避免載流子在基區(qū)里復(fù)合，磁敏二級(jí)管的PNPN結(jié)卻有很長(zhǎng)的基區(qū)，大于

9、載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度，但基區(qū)是由接近本征半導(dǎo)體的高阻材料構(gòu)成的。一般鍺磁敏二級(jí)管用結(jié)卻有很長(zhǎng)的基區(qū)，大于載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度，但基區(qū)是由接近本征半導(dǎo)體的高阻材料構(gòu)成的。一般鍺磁敏二級(jí)管用=40cm=40cm左右的左右的P P型或型或N N型單晶做基區(qū)型單晶做基區(qū)( (鍺本征半導(dǎo)體的鍺本征半導(dǎo)體的=50cm)=50cm)，在它的兩端有，在它的兩端有P P型和型和N N型鍺，并引出，若型鍺，并引出，若代表長(zhǎng)基區(qū)，則其代表長(zhǎng)基區(qū)，則其PNPN結(jié)實(shí)際上是由結(jié)實(shí)際上是由P P結(jié)和結(jié)和N N結(jié)共同組成。結(jié)共同組成。 以以2ACM1A2ACM1A為例，磁敏二級(jí)管的結(jié)構(gòu)是為例，磁敏二級(jí)管的結(jié)構(gòu)是P P+ +ININ+

10、 +型。型。第15頁(yè)/共21頁(yè)17+（b）H+H-N+區(qū)p+區(qū)I區(qū)r區(qū)電流（a）磁敏二極管磁敏二極管 (a)(a)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) (b)(b)電路符號(hào)電路符號(hào) 在高純度鍺半導(dǎo)體的兩端用合金法制成高摻雜的在高純度鍺半導(dǎo)體的兩端用合金法制成高摻雜的P P型和型和N N型兩個(gè)區(qū)域，并在本征區(qū)（型兩個(gè)區(qū)域，并在本征區(qū)（I I）區(qū)的一個(gè)側(cè)面上，設(shè)置高復(fù)合區(qū)）區(qū)的一個(gè)側(cè)面上，設(shè)置高復(fù)合區(qū)( (利用噴砂打毛，形成粗糙的表面，稱為利用噴砂打毛，形成粗糙的表面，稱為r r面。由于粗糙的表面處容易使電子面。由于粗糙的表面處容易使電子空穴對(duì)復(fù)合而消失，故空穴對(duì)復(fù)合而消失，故r r面是高復(fù)合區(qū)，面是高復(fù)合區(qū)， 也稱為也稱為

11、r r區(qū)區(qū)) )，而與，而與r r區(qū)相對(duì)的另一側(cè)面，保持為光滑無(wú)復(fù)合表面。這就構(gòu)成了磁敏二極管的管芯，其結(jié)構(gòu)如圖。區(qū)相對(duì)的另一側(cè)面，保持為光滑無(wú)復(fù)合表面。這就構(gòu)成了磁敏二極管的管芯，其結(jié)構(gòu)如圖。第16頁(yè)/共21頁(yè)18（2 2）磁敏二極管的工作原理）磁敏二極管的工作原理 磁敏二極管的工作原理PNPNPNH=0H+H-電流電流電流（a）（b）（c）III電子孔穴復(fù)合區(qū) 當(dāng)磁敏二極管外加正向當(dāng)磁敏二極管外加正向偏壓，即偏壓，即P P區(qū)接電源正極，將有大量空穴從區(qū)接電源正極，將有大量空穴從P P區(qū)注入到區(qū)注入到I I區(qū)。若將其放入磁場(chǎng)中，則注入的空穴和電子都要受到洛侖茲力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。當(dāng)磁場(chǎng)方向使

12、空穴，電子向區(qū)。若將其放入磁場(chǎng)中，則注入的空穴和電子都要受到洛侖茲力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。當(dāng)磁場(chǎng)方向使空穴，電子向r r面面偏轉(zhuǎn)時(shí)，它們將大量復(fù)合，因而電流很??；當(dāng)偏轉(zhuǎn)時(shí)，它們將大量復(fù)合，因而電流很??；當(dāng)磁場(chǎng)方向使空穴，電子向磁場(chǎng)方向使空穴，電子向光滑面光滑面偏轉(zhuǎn)時(shí)，它們的復(fù)合率變小，電流就大。故偏轉(zhuǎn)時(shí)，它們的復(fù)合率變小，電流就大。故可根據(jù)某一偏壓下的電流值來(lái)確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和磁場(chǎng)方向?？筛鶕?jù)某一偏壓下的電流值來(lái)確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和磁場(chǎng)方向。 當(dāng)磁敏二極管反向偏置時(shí)，在當(dāng)磁敏二極管反向偏置時(shí)，在r區(qū)僅流過(guò)很微小的電流，顯得幾乎與磁場(chǎng)無(wú)關(guān)。因而二極管兩端電壓不會(huì)因受到磁場(chǎng)作用而有任何改變。區(qū)僅流過(guò)很微小的電流，顯得幾乎與磁場(chǎng)無(wú)關(guān)。因而二極管兩端電壓不會(huì)因受到磁場(chǎng)作用而有任何改變。 第17頁(yè)/共21頁(yè)19磁敏二極管磁敏二極管優(yōu)點(diǎn)：