磁電式傳感器22009

會(huì)計(jì)學(xué)1磁電式傳感器22009已知某霍爾元件尺寸為長(zhǎng)l=10mm，寬b=3.5mm，厚d=1mm。沿l方向通以電流I=1.0mA，在垂直于b×l面方向上加均勻磁場(chǎng)B=0.3T，輸出霍爾電勢(shì)UH=6.55mV。求該霍爾元件的靈敏度系數(shù)KH和載流子濃度n是多少？UHbldIFLB第1頁(yè)/共30頁(yè)有一霍爾元件，其靈敏度KH=1.2mV/mA·kGs，把它放在一個(gè)梯度為5kGs/mm的磁場(chǎng)中，如果額定控制電流是20mA，設(shè)霍爾元件在平衡點(diǎn)附近作±0.1mm的擺動(dòng)，問輸出電壓范圍為多少?第2頁(yè)/共30頁(yè)霍爾式位移傳感器將霍爾元件置于磁場(chǎng)中，左半部磁場(chǎng)方向向上，右半部磁場(chǎng)方向向下，從a端通人電流I，根據(jù)霍爾效應(yīng)，左半部產(chǎn)生霍爾電勢(shì)VH1，右半部產(chǎn)生露爾電勢(shì)VH2，其方向相反。因此，c、d兩端電勢(shì)為VH1—VH2。如果霍爾元件在初始位置時(shí)VH1=VH2，則輸出為零；當(dāng)改變磁極系統(tǒng)與霍爾元件的相對(duì)位置時(shí)，即可得到輸出電壓，其大小正比于位移量第3頁(yè)/共30頁(yè)輸入軸輸入軸霍爾傳感器（a）（b）霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器第4頁(yè)/共30頁(yè)霍爾計(jì)數(shù)裝置霍爾開關(guān)傳感器絕緣板磁鐵NS+12VSL3051ASVT+VCR5RLR4R3R1R2計(jì)數(shù)器第5頁(yè)/共30頁(yè)4.1磁敏電阻傳感器磁阻效應(yīng)：當(dāng)一載流體置于磁場(chǎng)中，其電阻會(huì)隨著磁場(chǎng)而變化磁阻效應(yīng)方程：在只有電子參與導(dǎo)電的簡(jiǎn)單情況下磁敏電阻的靈敏度一般是非線性的，且受溫度影響較大第6頁(yè)/共30頁(yè)S級(jí)N級(jí)0.30.20.100.10.20.3R/Ω1000500B/T溫度（℃）020150504080100電阻（Ω）10060半導(dǎo)體磁阻元件的溫度特性不好。元件的電阻值在不大的溫度變化范圍內(nèi)減小的很快。因此，在應(yīng)用時(shí)，一般都要設(shè)計(jì)溫度補(bǔ)償電路。第7頁(yè)/共30頁(yè)4.2磁敏二極管和磁敏三極管磁敏二極管、三極管是繼霍爾元件和磁敏電阻之后發(fā)展起來的新型磁電轉(zhuǎn)換元件，它們具有磁靈敏度高，能識(shí)別磁場(chǎng)的極性、體積小、電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，因而日益得到重視，并在檢測(cè)、控制等方面得到應(yīng)用

第8頁(yè)/共30頁(yè)4.2.1磁敏二極管+－（a）結(jié)構(gòu)（b）符號(hào)P+N+I區(qū)r區(qū)P+-I結(jié)N+-I結(jié)第9頁(yè)/共30頁(yè)4.2.1磁敏二極管當(dāng)磁敏二極管未受到外界磁場(chǎng)作用時(shí)，外加正向偏壓后，則有大量的空穴從P+-I結(jié)進(jìn)入I區(qū)，同時(shí)也有大量電子從N+-I結(jié)進(jìn)入I區(qū)。進(jìn)入I區(qū)的空穴和電子大部分通過漂移和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)到達(dá)對(duì)面的電極形成電流。少部分由于熱運(yùn)動(dòng)進(jìn)入r區(qū)而復(fù)合P+N+I區(qū)r區(qū)第10頁(yè)/共30頁(yè)4.2.1磁敏二極管的結(jié)構(gòu)原理P+N+I區(qū)r面H+P+-I結(jié)N+-I結(jié)第11頁(yè)/共30頁(yè)4.2.1磁敏二極管的工作原理P+N+I區(qū)r面H-P+-I結(jié)N+-I結(jié)第12頁(yè)/共30頁(yè)4.2.2磁敏二極管的主要特性伏安特性-0.2213579U/VI/mA00.2T0.15T0.1T0.05T-0.05T（a）531I/mA46810U/V-0.3-0.2-0.100.10.20.30.4（b）531I/mA481216U/V-0.100.10.40.30.2-0.3（c）-0.1T-0.15T-0.2T000鍺磁敏二極管硅磁敏二極管負(fù)阻現(xiàn)象第13頁(yè)/共30頁(yè)4.2.1磁敏二極管的主要特性磁電特性第14頁(yè)/共30頁(yè)4.2.1磁敏二極管的主要特性T/℃020400.20.40.60.81.0E=6VB=0.1T8060-20-5-4-3-2-1IΔUI/mAΔU/V溫度特性第15頁(yè)/共30頁(yè)4.2.1磁敏二極管的測(cè)量電路Rm1EU0Rm2RtEU0RmRm1Rm2Rm3Rm4EU0ERm1Rm2RLU0RL第16頁(yè)/共30頁(yè)4.2.2磁敏三極管的結(jié)構(gòu)原理在弱P型或弱N型本征半導(dǎo)體上用合金法或擴(kuò)散法制成發(fā)射極、基極和集電極?；鶇^(qū)較長(zhǎng)，有高復(fù)合速率的r區(qū)和本征I區(qū)。長(zhǎng)基區(qū)分為運(yùn)輸基區(qū)和復(fù)合基區(qū)bcecN+eH-H+bIrN+P+第17頁(yè)/共30頁(yè)磁敏三極管的工作原理當(dāng)磁敏三極管末受 磁場(chǎng)作用時(shí)，由于 基區(qū)寬度大于載流 子有效擴(kuò)散長(zhǎng)度， 大部分載流子通過

e-I-b形成基極電流，少數(shù)載流子輸入到c極。因而形成基極電流大于集電極電流的情況，使β＜1N+N+eP+xIrbcy第18頁(yè)/共30頁(yè)磁敏三極管的工作原理

當(dāng)受到正向磁場(chǎng)(H+)作用時(shí)，由于磁場(chǎng)的 作用，洛侖茲力使載流子偏向發(fā)射結(jié)的一 側(cè)，導(dǎo)致集電極電流顯著下降N+N+eP+xrbycI第19頁(yè)/共30頁(yè)磁敏三極管的工作原理當(dāng)反向磁場(chǎng)(H-)作用時(shí)，在H-的作用下，載流子向集電極一側(cè)偏轉(zhuǎn)，使集電汲電流增大H-yN+N+eP+xIrbc第20頁(yè)/共30頁(yè)4.2.2磁敏三極管的主要特性伏安特性Ib=0Ib=5mA1.00.80.60.40.20246810Ic/mAIb=4mAIb=3mAIb=2mAIb=1mAUce/VIb=3mA,B=-1kG1.00.80.60.40.20246810Ic/mAIb=3mA,B=0Ib=3mA,B=1kG不受磁場(chǎng)作用時(shí)磁場(chǎng)為1kGs基極為3mA第21頁(yè)/共30頁(yè)4.2.2磁敏三極管的主要特性-3-2-112345B/0.1TΔIc/mA0.50.40.30.20.13BCM磁敏三極管的磁電特性第22頁(yè)/共30頁(yè)磁靈敏度第23頁(yè)/共30頁(yè)4.2.2磁敏三極管的主要特性第24頁(yè)/共30頁(yè)4.2.2溫度補(bǔ)償ECR1μAmAV1VmReR2對(duì)于硅磁敏三極管因其具有負(fù)溫度系數(shù)，可用正溫度系數(shù)的普通硅三極管來補(bǔ)償因溫度而產(chǎn)生的集電極電流的漂移第25頁(yè)/共30頁(yè)4.2.3溫度補(bǔ)償WVmU0EC鍺磁敏二極管電流隨溫度升高而增加的這一特性，使其作為硅磁敏三極管的負(fù)載，從而當(dāng)溫度升高時(shí)，可補(bǔ)償硅磁敏三極管的負(fù)溫度漂移系數(shù)所引起的電流下降第26頁(yè)/共30頁(yè)4.2.3溫度補(bǔ)償U(kuò)0W1RLVm1Vm2ECW2RLRe采用兩只特性一致、磁極相反的磁敏三極管組成的差動(dòng)電路。這種電路既可以提高磁靈敏度，又能實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，它是一種行之有效的溫度補(bǔ)償電路第27頁(yè)/共30頁(yè)磁敏