二節(jié)霍爾傳感器ppt課件

1、第8 章 磁電式傳感器第二節(jié)第二節(jié) 霍爾傳感器霍爾傳感器第一節(jié)第一節(jié) 磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器 第八章第八章 磁電式傳感器磁電式傳感器 第三節(jié)第三節(jié) 磁敏傳感器磁敏傳感器第8 章 磁電式傳感器一、一、 磁電感應(yīng)式傳感器任務(wù)原理磁電感應(yīng)式傳感器任務(wù)原理 BlvdtdxBldtde式中: B穩(wěn)恒均勻磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；l導(dǎo)體有效長(zhǎng)度；v導(dǎo)體相對(duì)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)速度。 第一節(jié)第一節(jié) 磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器 導(dǎo)體在穩(wěn)恒均勻磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)N匝線圈處于變化的磁場(chǎng)中dtdNe兩種磁電式傳感器構(gòu)造：變磁通式和恒磁通式。第8 章 磁電式傳感器開磁路變磁通式：這種傳感器構(gòu)造簡(jiǎn)單，但輸出信號(hào)較小，且因高速軸上

2、加裝齒輪較危險(xiǎn)而不宜丈量高轉(zhuǎn)速的場(chǎng)所。 第8 章 磁電式傳感器閉磁路變磁通式：感應(yīng)電勢(shì)的頻率與被測(cè)轉(zhuǎn)速成正比。 第8 章 磁電式傳感器恒定磁通動(dòng)圈式磁電傳感器恒定磁通動(dòng)鐵式磁電傳感器第8 章 磁電式傳感器二、二、 磁電感應(yīng)式傳感器根本特性磁電感應(yīng)式傳感器根本特性fofoRRlNvBRREI式中： Rf丈量電路輸入電阻； R線圈等效電阻。 傳感器的電流靈敏度為 fooIRRlNBvISER傳感器IoRf第8 章 磁電式傳感器而傳感器的輸出電壓和電壓靈敏度分別為 ffofooRRlWvRBRIU相對(duì)誤差為 RdRldlBdBSdSIIffooURRlWRBvUS第8 章 磁電式傳感器三、磁電感應(yīng)式

3、傳感器的丈量電路三、磁電感應(yīng)式傳感器的丈量電路 磁 電 式傳 感 器量 程 選 擇前 置 放 大 積 分 電 路微 分 電 路主 放 大 器顯 示或記 錄SW第8 章 磁電式傳感器四、磁電感應(yīng)式傳感器的運(yùn)用四、磁電感應(yīng)式傳感器的運(yùn)用動(dòng)圈式振動(dòng)速度傳感器動(dòng)圈式振動(dòng)速度傳感器 1、芯軸、芯軸2、外殼、外殼3、彈簧片、彈簧片4、鋁支架、鋁支架5、永久磁鐵、永久磁鐵6、線圈、線圈7、阻尼環(huán)、阻尼環(huán)8、引線、引線第8 章 磁電式傳感器 一、霍爾效應(yīng)和霍爾元件的任務(wù)原理一、霍爾效應(yīng)和霍爾元件的任務(wù)原理 在半導(dǎo)體薄片中通以電流在半導(dǎo)體薄片中通以電流I,I,在與薄片垂直方向加磁在與薄片垂直方向加磁場(chǎng)場(chǎng)B B，

4、那么在半導(dǎo)體薄片的另外兩端，產(chǎn)生一個(gè)大小與控，那么在半導(dǎo)體薄片的另外兩端，產(chǎn)生一個(gè)大小與控制電流制電流I I和和B B乘積成正比的電動(dòng)勢(shì)，這種景象稱為霍爾效乘積成正比的電動(dòng)勢(shì)，這種景象稱為霍爾效應(yīng)。應(yīng)。 1 1、霍爾效應(yīng)、霍爾效應(yīng)第二節(jié)第二節(jié) 霍爾傳感器霍爾傳感器第8 章 磁電式傳感器2 2、霍爾元件的任務(wù)原理、霍爾元件的任務(wù)原理bUeeEFHHEBebUeHBeFLBbUHnedIBUHenbddtdQIpedIBUH第8 章 磁電式傳感器3 3、霍爾系數(shù)及靈敏度、霍爾系數(shù)及靈敏度neRH1peRH1N N型霍爾系數(shù)型霍爾系數(shù)P P型霍爾系數(shù)型霍爾系數(shù)dIBRUHH霍爾系數(shù)由半導(dǎo)體資料性質(zhì)決

5、議，且決議霍爾電勢(shì)的強(qiáng)弱?；魻栂禂?shù)由半導(dǎo)體資料性質(zhì)決議，且決議霍爾電勢(shì)的強(qiáng)弱?；魻栐`敏度霍爾元件靈敏度KHKH：?jiǎn)挝淮鸥袘?yīng)強(qiáng)度和單位控制：?jiǎn)挝淮鸥袘?yīng)強(qiáng)度和單位控制電流作用時(shí)，所能輸出的霍爾電勢(shì)的大小。電流作用時(shí)，所能輸出的霍爾電勢(shì)的大小。設(shè) KH=RH / d UH KH I B第8 章 磁電式傳感器討論：為什么只能用半導(dǎo)體資料作霍爾元件。討論：為什么只能用半導(dǎo)體資料作霍爾元件。 霍爾常數(shù)等于霍爾片資料的電阻率與電子遷移率霍爾常數(shù)等于霍爾片資料的電阻率與電子遷移率的乘積。的乘積。 假設(shè)要霍爾效應(yīng)強(qiáng)，那么希望有較大的霍爾假設(shè)要霍爾效應(yīng)強(qiáng)，那么希望有較大的霍爾系數(shù)系數(shù)RH，因此要求霍爾片資料有

6、較大的電阻率和載，因此要求霍爾片資料有較大的電阻率和載流子遷移率。流子遷移率。 普通金屬資料載流子遷移率很高，但電普通金屬資料載流子遷移率很高，但電阻率很??；而絕緣資料電阻率極高，但載流子遷移率阻率很?。欢^緣資料電阻率極高，但載流子遷移率極低，故只需半導(dǎo)體資料才適于制造霍爾片。極低，故只需半導(dǎo)體資料才適于制造霍爾片。 dIBUHen1ep1N N型資料電阻率型資料電阻率P P型資料電阻率型資料電阻率第8 章 磁電式傳感器霍爾器件符號(hào)BHABCDABCDACD第8 章 磁電式傳感器 二、霍爾元件的主要技術(shù)參數(shù)二、霍爾元件的主要技術(shù)參數(shù)1、額定功耗P0: 霍爾元件在環(huán)境溫度T=250C時(shí)，允許經(jīng)

7、過霍爾元件的電流和電壓的乘積。2、 輸入電阻和輸出電阻 Ri：鼓勵(lì)電極間的電阻值。 Ro：霍爾元件電極間的電阻。3、不等位電勢(shì)U0：在額定控制電流I下，不加磁場(chǎng)時(shí)，霍爾電極間的空載霍爾電勢(shì)。 霍爾電極安裝位置不對(duì)稱或不在同一等電位面上； 半導(dǎo)體資料不均勻呵斥了電阻率不均勻或是幾何尺寸不均勻； 鼓勵(lì)電極接觸不良呵斥鼓勵(lì)電流不均勻分布等。 第8 章 磁電式傳感器4、霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)：在一定磁感應(yīng)強(qiáng)度和鼓勵(lì)電流下，溫度每變化1時(shí)，霍爾電勢(shì)變化的百分率稱為霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)。5、內(nèi)阻溫度系數(shù)：霍爾元件在無磁場(chǎng)及任務(wù)溫度范圍內(nèi)，溫度每變化1時(shí)，輸入電阻與輸出電阻變化的百分率。6、 額定鼓勵(lì)電流和最大允許鼓

8、勵(lì)電流：當(dāng)霍爾元件本身溫升10時(shí)所流過的鼓勵(lì)電流稱為額定鼓勵(lì)電流。 以元件允許最大溫升為限制所對(duì)應(yīng)的鼓勵(lì)電流稱為最大允許鼓勵(lì)電流。因霍爾電勢(shì)隨鼓勵(lì)電流添加而線性添加，所以運(yùn)用中希望選用盡能夠大的鼓勵(lì)電流，因此需求知道元件的最大允許鼓勵(lì)電流。改善霍爾元件的散熱條件，可以使鼓勵(lì)電流添加。 第8 章 磁電式傳感器7、寄生直流電勢(shì) ：在外加磁場(chǎng)為零、霍爾元件用交流鼓勵(lì)時(shí)，霍爾電極輸出除了交流不平衡電勢(shì)外，還有不斷流電勢(shì)，稱為寄生直流電勢(shì)。 其產(chǎn)生的緣由有： 鼓勵(lì)電極與霍爾電極接觸不良， 構(gòu)成非歐姆接觸， 呵斥整流效果； 兩個(gè)霍爾電極大小不對(duì)稱，那么兩個(gè)電極點(diǎn)的熱容不同， 散熱形狀不同而構(gòu)成極間溫差電勢(shì)

9、。 寄生直流電勢(shì)普通在1mV以下，它是影響霍爾片溫漂的緣由之一。 第8 章 磁電式傳感器常常用用國國產(chǎn)產(chǎn)霍霍爾爾元元件件的的技技術(shù)術(shù)參參數(shù)數(shù) 第8 章 磁電式傳感器 三、霍爾元件丈量電路和輸出電路三、霍爾元件丈量電路和輸出電路UHRLBIEIHR1 1、根本丈量電路、根本丈量電路圖中控制電流I由電源E供應(yīng),R為調(diào)理電阻,保證器件內(nèi)所需控制電流I?；魻栞敵龆私迂?fù)載RL,RL可是普通電阻或放大器的輸入電阻、或表頭內(nèi)阻等。磁場(chǎng)B垂直經(jīng)過霍爾器件,在磁場(chǎng)與控制電流作用下，由負(fù)載上獲得電壓。實(shí)踐運(yùn)用時(shí)實(shí)踐運(yùn)用時(shí), ,器件輸入信號(hào)可以是器件輸入信號(hào)可以是I I或或B B，或者，或者IB,IB,而輸出而輸出

10、可以正比于可以正比于I I或或B, B, 或者正比于其乘積或者正比于其乘積IBIB。第8 章 磁電式傳感器2 2、霍爾電勢(shì)輸出電路、霍爾電勢(shì)輸出電路1 1 開關(guān)運(yùn)用開關(guān)運(yùn)用+15VH-15VR3R1R2R4第8 章 磁電式傳感器霍爾開關(guān)集成傳感器內(nèi)部構(gòu)造框圖23輸出+穩(wěn)壓VCC1霍耳元件放大BT整形地H第8 章 磁電式傳感器2 2線性運(yùn)用線性運(yùn)用+15VH-15VR3R1R2R4Rf第8 章 磁電式傳感器集成線性傳感器的電路構(gòu)造框圖23輸出+穩(wěn)壓VCC1霍耳元件放大地H第8 章 磁電式傳感器 四、霍爾元件的丈量誤差補(bǔ)償方法四、霍爾元件的丈量誤差補(bǔ)償方法1 1、零位誤差及補(bǔ)償方法、零位誤差及補(bǔ)償

11、方法零位誤差：霍爾元件在加控制電流但不加外磁場(chǎng)零位誤差：霍爾元件在加控制電流但不加外磁場(chǎng)時(shí)出現(xiàn)的霍爾電勢(shì)。主要為不等位電勢(shì)。時(shí)出現(xiàn)的霍爾電勢(shì)。主要為不等位電勢(shì)。ACBID第8 章 磁電式傳感器Cr1r3r2r4DAB分析不等位電勢(shì)時(shí)，可以把霍爾元件等效為一個(gè)電橋， 用分析電橋平衡來補(bǔ)償不等位電勢(shì)。第8 章 磁電式傳感器RPRPRPRPR( a )( b )( c )( d )RPRPRPRPR(a )(b )(c )(d )RPRPRPRPR(a )(b )(c )(d )RPRPRPRPR( a )( b )( c )( d )第8 章 磁電式傳感器2 2、溫度誤差及補(bǔ)償方法、溫度誤差及補(bǔ)償

12、方法aRH與溫度的關(guān)系與溫度的關(guān)系T/0246/710-3cmLnAs20015010050LnSbT/RH/cm2/A-1250200150100504080120160200LnSbLnAs0b與溫度的關(guān)系與溫度的關(guān)系第8 章 磁電式傳感器1 1、利用輸出回路并聯(lián)電阻進(jìn)展補(bǔ)償、利用輸出回路并聯(lián)電阻進(jìn)展補(bǔ)償?shù)? 章 磁電式傳感器根本電路根本電路等效電路等效電路2 2、利用輸入回路串聯(lián)電阻進(jìn)展補(bǔ)償、利用輸入回路串聯(lián)電阻進(jìn)展補(bǔ)償?shù)? 章 磁電式傳感器實(shí)踐補(bǔ)償電路實(shí)踐補(bǔ)償電路第8 章 磁電式傳感器1、丈量磁場(chǎng)的大小和方向電位差計(jì)電位差計(jì)mAESNR霍耳磁敏傳感器測(cè)磁原理表示圖霍耳磁敏傳感器測(cè)磁原理

13、表示圖 五、霍爾傳感器運(yùn)用五、霍爾傳感器運(yùn)用第8 章 磁電式傳感器2、 霍爾式微位移傳感器霍 爾 元 件S NN Sxxx霍 爾 元 件NSx霍 爾 元 件NSNSxxx(a)(b)(c)UH量值大小反映出霍爾元件與磁鐵之間相對(duì)位置的變化量。這種構(gòu)造的傳感器， 其動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)5 mm，分辨率為0.001mm。 第8 章 磁電式傳感器霍 爾 元 件SN N Sxxx霍 爾 元 件NSx霍 爾 元 件NSNSxxx( a )( b )( c )霍 爾 元 件SN NSxxx霍 爾 元 件NSx霍 爾 元 件NSNSxxx( a )( b )( c )第8 章 磁電式傳感器3、 霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器12

14、43(a)1243(b)12431234(c)(d)NSNSNSNSNSNSNS1輸 入 軸 ；2轉(zhuǎn) 盤 ；3小 磁 鐵 ；4霍 爾 傳 感 器1243(a)1243(b)12431234(c)(d)NSNSNSNSNSNSNS1輸 入 軸 ；2轉(zhuǎn) 盤 ；3小 磁 鐵 ；4霍 爾 傳 感 器1243(a)1243(b)12431234(c)(d)NSNSNSNSNSNSNS1輸入軸；2轉(zhuǎn)盤；3小磁鐵；4霍爾傳感器1243(a)1243(b)12431234(c)(d)NSNSNSNSNSNSNS1輸入軸；2轉(zhuǎn)盤；3小磁鐵；4霍爾傳感器1243(a )124 3(b )12431234(c )(

15、d )NSNSNSNSNSNSNS1輸入軸；2轉(zhuǎn)盤；3小磁鐵；4霍爾傳感器第8 章 磁電式傳感器4、 霍爾計(jì)數(shù)安裝鋼 球絕 緣 板NS磁 鐵霍 爾 開 關(guān) 傳 感 器(a )AA741 12 VSL3051SR110 k22 C1R31 kR4470 kR5470 kVcc計(jì)數(shù)器V2N5812R211 k(b )第8 章 磁電式傳感器鋼 球絕 緣 板NS磁 鐵霍 爾 開 關(guān) 傳 感 器(a )AA741 12 VSL3051SR110 k22 C1R31 kR4470 kR5470 kVcc計(jì)數(shù)器V2N5812R211 k(b )第8 章 磁電式傳感器5、汽車霍爾點(diǎn)火器第8 章 磁電式傳感器第

16、三節(jié)第三節(jié) 磁敏傳感器磁敏傳感器 一、磁敏電阻器一、磁敏電阻器磁阻效應(yīng): 假設(shè)給通以電流的金屬或半導(dǎo)體資料的薄片加以與電流垂直或平行的外磁場(chǎng)，那么其電阻值就添加。稱此種景象為磁致電阻變化效應(yīng)，簡(jiǎn)稱為磁阻效應(yīng)。22000273. 0BB為磁感應(yīng)強(qiáng)度；為磁感應(yīng)強(qiáng)度；B資料在磁感應(yīng)強(qiáng)度為時(shí)的電阻率；資料在磁感應(yīng)強(qiáng)度為時(shí)的電阻率；0 資料在磁感應(yīng)強(qiáng)度為資料在磁感應(yīng)強(qiáng)度為0時(shí)的電阻率；時(shí)的電阻率；載流子的遷移率。載流子的遷移率。220273. 01BB第8 章 磁電式傳感器 二、磁敏二極管二、磁敏二極管1、構(gòu)造PNIr 區(qū)+-簡(jiǎn)寫為SMD。磁敏二極管的P型和N型電極由高阻資料制成，在P、N之間有一個(gè)較長(zhǎng)

17、的本征區(qū)I，本征區(qū)I的一面磨成光滑的復(fù)合外表為I區(qū)，另一面打毛，設(shè)置成高復(fù)合區(qū)為r區(qū)，其目的是由于電子-空穴對(duì)易于在粗糙外表符合爾消逝。當(dāng)通以正向電流后就會(huì)在P、I、N結(jié)之間構(gòu)成電流。磁敏二極管是PIN型。第8 章 磁電式傳感器I IPN2、任務(wù)原理H=0電子電子空穴空穴復(fù)合區(qū)復(fù)合區(qū)1當(dāng)磁敏二極管未遭到外界磁場(chǎng)作用時(shí)，外加正偏壓，那么有大量的空穴從P區(qū)經(jīng)過I區(qū)進(jìn)入N區(qū)，同時(shí)也有大量的電子注入P區(qū)。構(gòu)成電流。只需少量電子和空穴在I區(qū)復(fù)合。第8 章 磁電式傳感器2當(dāng)磁敏二極管遭到外界磁場(chǎng)H+作用時(shí)電子、空穴遭到洛侖茲力作用而向r區(qū)偏移，由于r區(qū)的電子、空穴復(fù)合率比光滑面I區(qū)快，因此構(gòu)成的電流因復(fù)合

18、速度而減小。H+I IPN第8 章 磁電式傳感器3當(dāng)磁敏二極管遭到外界磁場(chǎng)H-作用時(shí)電子、空穴遭到洛侖茲力作用而向I區(qū)偏移，由于電子、空穴復(fù)合率明顯變小，那么電流變大。H -I IPN第8 章 磁電式傳感器結(jié)論：隨著磁場(chǎng)大小和方向的變化，可產(chǎn)生正結(jié)論：隨著磁場(chǎng)大小和方向的變化，可產(chǎn)生正負(fù)輸出電壓的變化、特別是在較弱的磁場(chǎng)作用負(fù)輸出電壓的變化、特別是在較弱的磁場(chǎng)作用下，可獲得較大輸出電壓。假設(shè)下，可獲得較大輸出電壓。假設(shè)r區(qū)和區(qū)和r區(qū)之外區(qū)之外的復(fù)合才干之差越大，那么磁敏二極管的靈敏的復(fù)合才干之差越大，那么磁敏二極管的靈敏度就越高。度就越高。 磁敏二極管反向偏置時(shí)，那么在磁敏二極管反向偏置時(shí)，那么在 r區(qū)僅流區(qū)僅流過很微小的電流，顯得幾乎與磁場(chǎng)無關(guān)。因此過很微小的電流，顯得幾乎與磁場(chǎng)無關(guān)。因此二極管兩端電壓不會(huì)因遭到磁場(chǎng)作用而有任何二極管兩端電壓不會(huì)因遭到磁場(chǎng)作用而有任何改動(dòng)。改動(dòng)。 第8 章 磁電式傳感器 三、磁敏三極管三、磁敏三極管1、構(gòu)造bcerN