交直流電流探頭原理ppt課件

1、磁電傳感器磁電效應(yīng)將材質(zhì)均勻的金屬或半導(dǎo)體通電并置于磁場(chǎng)中，所產(chǎn)將材質(zhì)均勻的金屬或半導(dǎo)體通電并置于磁場(chǎng)中，所產(chǎn)生的各種變化稱為電磁效應(yīng)。生的各種變化稱為電磁效應(yīng)。在金屬或半導(dǎo)體薄片中通以控制電流在金屬或半導(dǎo)體薄片中通以控制電流I，并在薄片的垂，并在薄片的垂直方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為直方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)，那么在垂直于的磁場(chǎng)，那么在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)霍爾電勢(shì)。這電流和磁場(chǎng)的方向上會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)霍爾電勢(shì)。這種景象稱為霍爾效應(yīng)。種景象稱為霍爾效應(yīng)。假設(shè)給通有電流的金屬或半導(dǎo)體薄片加以與電流方向假設(shè)給通有電流的金屬或半導(dǎo)體薄片加以與電流方向垂直的外磁場(chǎng)，不但產(chǎn)生霍爾效應(yīng)，而且試

2、件的電阻垂直的外磁場(chǎng)，不但產(chǎn)生霍爾效應(yīng)，而且試件的電阻值會(huì)變大。即產(chǎn)生磁阻效應(yīng)。值會(huì)變大。即產(chǎn)生磁阻效應(yīng)?；魻栃?yīng)假設(shè)將通有電流的導(dǎo)體置于磁場(chǎng)B之中，磁場(chǎng)B沿z軸垂直于電流IH沿x軸的方向，如以下圖，那么在導(dǎo)體中垂直于B和IH的方向上出現(xiàn)一個(gè)橫向電位差UH。1霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng) IHUH霍爾效應(yīng)的機(jī)理一將一塊厚度為d、寬度為b、長(zhǎng)度為L(zhǎng)的半導(dǎo)體薄片霍爾片放置在磁場(chǎng)B中，磁場(chǎng)B沿Z軸正方向。當(dāng)電流沿X軸正方向經(jīng)過(guò)半導(dǎo)體時(shí)，假設(shè)薄片中的載流子設(shè)為自在電子以平均速度v沿X軸負(fù)方向作定向運(yùn)動(dòng)，所受的洛倫茲力為fB=ev*B.在fB的作用下自在電子受力偏轉(zhuǎn)，結(jié)果向板面“I積聚，同時(shí)在板面“上出現(xiàn)同數(shù)量的正

3、電荷。這樣就構(gòu)成一個(gè)沿Y軸負(fù)方向上的橫向電場(chǎng)，使自在電子在受沿Y軸負(fù)方向上的洛倫茲力fB 的同時(shí)，也受一個(gè)沿Y軸正方向的電場(chǎng)力fE。設(shè)E為電場(chǎng)強(qiáng)度，UH為霍爾片I、面之間的電位差即霍爾電壓，那么fE 將妨礙電荷的積聚，最后達(dá)穩(wěn)定外形時(shí)有即或bUeeEfHEEBffbUeevBHvBbUH霍爾效應(yīng)的機(jī)理二設(shè)載流子濃度為n，單位時(shí)間內(nèi)體積為vdb里的載流子全部經(jīng)過(guò)橫截面，那么電流強(qiáng)度IH與載流子平均速度v的關(guān)系為 將 代入 得式中 即為霍爾系數(shù)RH。思索霍爾片厚度d的影響，引進(jìn)一個(gè)重要參數(shù)KH， ， 那么 式可寫(xiě)為KH稱為霍爾元件的靈敏度。dbneIvvdbneIHH 或 vdbneIHvBbUH

4、dBIneUHH1ne1nedKH1vBbUHBIKUHHH霍爾電壓的特性 1.在一定的義務(wù)電流IH下，霍爾電壓UH與外磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比。這就是霍爾效應(yīng)檢測(cè)磁場(chǎng)的原理。2.在一定的外磁場(chǎng)中，霍爾電壓UH與經(jīng)過(guò)霍爾片的電流強(qiáng)度IH義務(wù)電流成正比。這就霍爾效應(yīng)檢測(cè)電流的原理。HHHIKUB BKUIHHH霍爾效應(yīng)的副效應(yīng)霍爾效應(yīng)的副效應(yīng)( (一一 在丈量霍爾電壓時(shí)，會(huì)伴隨產(chǎn)生一些副效應(yīng)，影響到丈量的準(zhǔn)確度，這些副效應(yīng)是：1. 不等位效應(yīng) 由于制造工藝技術(shù)的限制，霍爾元件的電位極不可以接在同一等位面上，因此，當(dāng)電流IH流過(guò)霍爾元件時(shí)，即使不加磁場(chǎng)，兩電極間也會(huì)產(chǎn)生一電位差，稱不等位電位差U。顯

5、然，U0只與電流IC有關(guān)，而與磁場(chǎng)無(wú)關(guān)。2. 埃廷豪森效應(yīng)Etinghausen effect 由于霍爾片內(nèi)部的載流子速度服從統(tǒng)計(jì)分布，有快有慢，由于它們?cè)诖艌?chǎng)中受的洛倫茲力不同，那么軌道偏轉(zhuǎn)也不一樣。動(dòng)能大的載流子趨向霍爾片的一側(cè)，而動(dòng)能小的載流子趨向另一側(cè)，隨著載流子的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，使兩側(cè)的溫升不同，構(gòu)成一個(gè)橫向溫度梯度，引起溫差電壓UE，UE的正負(fù)與IH、B的方向有關(guān)?；魻栃?yīng)的副效應(yīng)霍爾效應(yīng)的副效應(yīng)( (二二3. 能斯特效應(yīng)Nernst effect由于兩個(gè)電流電極與霍爾片的接觸電阻不等，當(dāng)有電流經(jīng)過(guò)時(shí)，在兩電流電極上有溫度差存在，出現(xiàn)熱分散電流，在磁場(chǎng)的作用下，建立一個(gè)橫向電場(chǎng)EN

6、，因此產(chǎn)生附加電壓UN。UN的正負(fù)僅取決于磁場(chǎng)的方向。4. 里紀(jì)-勒杜克效應(yīng)Righi-Leduc effect由于熱分散電流的載流子的遷移率不同，類似于埃廷豪森效應(yīng)中載流子速度不同一樣，也將構(gòu)成一個(gè)橫向的溫度梯度而產(chǎn)生相應(yīng)的溫度電壓URL，URL的正、負(fù)只與B的方向有關(guān)，和電流IH的方向無(wú)關(guān)?；魻栃?yīng)的副效應(yīng)的消除方法霍爾效應(yīng)的副效應(yīng)的消除方法 由于附加電壓的存在，實(shí)測(cè)的電壓，既包括霍爾電壓UH，也包括U0、UE、UN和URL等這些附加電壓，構(gòu)成丈量中的系統(tǒng)誤差來(lái)源。但我們利用這些附加電壓與電流IH和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向有關(guān)，丈量時(shí)改動(dòng)IH和B的方向根本上可以消除這些附加誤差的影響。詳細(xì)方法如

7、下：當(dāng)+B，+IH時(shí)丈量，U1UHU0UEUNURL1當(dāng)+B，-IH時(shí)丈量，U2UHU0UEUNURL2當(dāng)-B，-IH時(shí)丈量，U3UHU0+UEUNURL 3當(dāng)-B，+IH時(shí)丈量，U4UHU0UEUNURL4式1234并取平均值，那么得)(414321UUUUUH)(414321UUUUUUEH這樣處置后，除埃廷豪森效應(yīng)引起的附加電壓外，其它幾個(gè)主要的附加電壓全部被消除了。但因UEUH，故可將上式寫(xiě)為 磁電式傳感器的運(yùn)用示波器電流探頭背景：隨著科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展，電子技術(shù)的運(yùn)用領(lǐng)域日益廣泛，信號(hào)的頻率愈來(lái)愈高，對(duì)信號(hào)的分析要求愈來(lái)愈細(xì)致。用示波器察看和檢測(cè)電流信號(hào)的需求也日益頻繁。探頭對(duì)于示波器丈

8、量是非常關(guān)鍵的，把一個(gè)探頭連結(jié)到一個(gè)電路能影響電路的運(yùn)轉(zhuǎn)，并且，一臺(tái)示波器僅僅可以顯示和丈量探頭傳送的示波器輸入信號(hào)。因此，探頭對(duì)于被測(cè)回路，必需有最小的影響，同時(shí)對(duì)想要做的丈量應(yīng)保證足夠的信號(hào)保真度。假設(shè)探頭不能堅(jiān)持信號(hào)的保真度，假設(shè)它以任何方式改動(dòng)信號(hào)或改動(dòng)一個(gè)電路的動(dòng)作，示波器將顯示實(shí)際信號(hào)的一個(gè)畸變的型式。其結(jié)果會(huì)導(dǎo)致出錯(cuò)的或者誤導(dǎo)的丈量。磁電式傳感器的運(yùn)用示波器電流探頭對(duì)示波器電流探頭的要求：頻率范圍寬：從直流到幾十甚至上百兆。幅度范圍大：從毫安至千安。體積尺寸?。弘S著集成度的提高和信號(hào)頻率的添加，元器件的外型尺寸越來(lái)越小和引腳越來(lái)越短。操作方便準(zhǔn)確度高現(xiàn)有技術(shù)條件：線圈耦合-適宜幾

9、k赫茲以上的電流。霍爾器件-適宜直流至幾十k赫茲的電流。磁電式傳感器的運(yùn)用示波器電流探頭示波器電流丈量實(shí)例：Tektronix 503S系統(tǒng)在直流和低頻交流時(shí)的義務(wù)原理當(dāng)電流鉗閉合，把一通有電流的導(dǎo)體圍在中心時(shí)，相應(yīng)地，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)磁場(chǎng)。這些磁場(chǎng)使霍爾傳感器內(nèi)的電子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在霍爾傳感器的輸出產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)。系統(tǒng)根據(jù)這個(gè)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生一個(gè)反相補(bǔ)償電流送至電流探頭的線圈，使電流鉗中的磁場(chǎng)為零，以防止磁飽和。系統(tǒng)根據(jù)反相電流測(cè)得實(shí)際得電流值。用這個(gè)方法，能非常線性地丈量大電流，包括交直流混合的電流。磁電式傳感器的運(yùn)用示波器電流探頭系統(tǒng)在高頻時(shí)的義務(wù)原理隨著被測(cè)電流頻率的添加，霍爾效應(yīng)逐漸減弱。當(dāng)丈量一個(gè)

10、不含直流成分的高頻交流電流時(shí)，大部分是經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱直接感應(yīng)到電流探頭的線圈。探頭就象一個(gè)電流變壓器。系統(tǒng)直接丈量的是感應(yīng)電流，而不是補(bǔ)償電流。功放的輸出為線圈提供了一個(gè)低阻抗的接地回路。磁電式傳感器的運(yùn)用示波器電流探頭系統(tǒng)在交叉區(qū)域時(shí)的義務(wù)原理當(dāng)系統(tǒng)義務(wù)在20kHz的高低頻交叉區(qū)域時(shí)，部分丈量是經(jīng)過(guò)霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)的，另一部分是經(jīng)過(guò)線圈實(shí)現(xiàn)的。圖示(a)為被測(cè)電流波形。圖示(b)為經(jīng)過(guò)霍爾傳感器產(chǎn)生的補(bǔ)償電流波形。圖示(c)為直接感應(yīng)到線圈的被測(cè)電流的高頻部分。圖示(d)為系統(tǒng)綜合兩部分電流后得到的測(cè)試結(jié)果。磁電式傳感器的運(yùn)用示波器電流探頭磁電式傳感器的運(yùn)用示波器電流探頭Tektronix AM503A電流探頭放大器系統(tǒng)綜述直流信號(hào)的途徑源自霍爾傳感器，流經(jīng)霍爾預(yù)放、功放、探頭線圈、衰減器，最終經(jīng)過(guò)輸出放大器輸出。交流信號(hào)的途徑源自探頭線圈，流經(jīng)衰減器，最終經(jīng)過(guò)輸出放大器輸出。整個(gè)系統(tǒng)的增益由衰減器和輸出放大器的設(shè)置決議。這些電路由微處置器集及其接口電路控制。交流探頭。由于他們?cè)O(shè)計(jì)上的緣由，電流探頭不能經(jīng)過(guò)直流或低頻率信號(hào)。因此，他們的帶寬必需用兩個(gè)值詳細(xì)闡明，一個(gè)是低頻率，另一個(gè)是高頻率。對(duì)于示波器丈量，實(shí)際關(guān)懷的問(wèn)題是示波器和探頭組合的總的帶寬。這一系統(tǒng)性能最終決議丈量的性能。不幸的是，把