傳感器第7章(2)霍爾傳感器課件

7.4霍耳傳感器是利用霍耳效應(yīng)將被測非電量轉(zhuǎn)換為電量的一種傳感器。特點(diǎn)：靈敏度高，線性好，穩(wěn)定性高，體積小，耐高溫?；舳絺鞲衅?.4.1霍耳效應(yīng)

霍耳傳感器就是基于霍耳效應(yīng)，把一個(gè)導(dǎo)體（半導(dǎo)體薄片）兩端通以控制電流Ⅰ，在與電流不同的方向施加磁感強(qiáng)度B的磁場，在薄片的另外兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與控制電流Ⅰ和磁場強(qiáng)度B的乘積成比例的電動(dòng)勢。通電的導(dǎo)體（半導(dǎo)體）放在磁場中，電流Ⅰ與磁場B方向不同時(shí)，在導(dǎo)體另外兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，這種現(xiàn)象稱霍耳效應(yīng)。

霍耳式傳感器霍耳效應(yīng)是由于運(yùn)動(dòng)電荷受磁場力（洛倫茲力）和電場力共同作用的結(jié)果。一塊長度為b、寬度為a、厚度為d的P型半導(dǎo)體薄片，將它置于磁場強(qiáng)度為B的磁場靜止不動(dòng)，當(dāng)y軸方向有電流I流動(dòng)時(shí)，則有一個(gè)負(fù)電子與電流反向以速度v運(yùn)動(dòng)，如圖：7.4.1.1洛倫茲力的形成

由磁場理論，帶電導(dǎo)體（電子）在磁場運(yùn)動(dòng)將受磁場力的作用，其大小為由矢量運(yùn)算法則得大小為霍耳式傳感器霍耳傳感器7.4.1.3霍耳電勢的形成

當(dāng)作用于負(fù)電子上的兩個(gè)反向力相等時(shí)，電子積累過程達(dá)到平衡，此時(shí)Fe＝FL即：Ee＝evBsinaE=vBsina所以AB前后兩面形成的電勢為霍耳電勢為：通過（半）導(dǎo)體薄片的電流I與載流子濃度n，電子運(yùn)動(dòng)速度v，薄片橫截面積a*d有關(guān)：

由霍耳傳感器的工作原理式得：1）UH∝ⅠB2）UH∝1/d3）UH的方向與Ⅰ·B有關(guān)4）UH的靈敏度為5）霍耳系數(shù)霍耳式傳感器討論：任何材料在一定條件下都能產(chǎn)生霍爾電勢，但不是都可以制造霍爾元件。絕緣材料電阻率很大，電子遷移率很小，不適用；金屬材料電子濃度很高，RH很小，UH很小。半導(dǎo)體電子遷移率一般大于空穴的遷移率，所以霍爾元件多采用N型半導(dǎo)體（多電子）。由上式可見，厚度d越小，霍爾靈敏度KH

越大，所以霍爾元件做的較薄，通常近似1微米?；舳絺鞲衅?.5.2組合使用電路控制端并聯(lián)，輸出端串聯(lián)

霍耳式傳感器7.5.3霍耳電勢的輸出電路霍耳器件本身是一個(gè)四端口器件，本身不帶放大器。霍耳片每片輸出電勢為毫伏級，在實(shí)際使用時(shí)必須加差分放大器。霍耳元件的輸出電路可分為線性電路和開關(guān)電路，線性電路通常選用靈敏度低一點(diǎn)，不等電位小的、穩(wěn)定性和線性好的霍耳元件。開關(guān)電路一般選用放大器和靈敏度高的霍耳元件?；舳絺鞲衅骰魻柦咏_關(guān)線性霍爾元件

霍耳式傳感器（1）當(dāng)A、B極處于同一等電位面上時(shí)，電橋平衡，則不等電位（2）當(dāng)A、B極不處于同一等電位面上時(shí)，根據(jù)兩點(diǎn)電位高低，判斷應(yīng)在某一臂上并聯(lián)一個(gè)電阻，使電橋平衡。常用的不等位電勢補(bǔ)償電路B霍耳式傳感器霍耳式傳感器2）寄生直流電勢誤差

產(chǎn)生寄生直流電勢的主要原因是：控制極與霍爾極元件接觸不良，形成非歐姆接觸；2個(gè)霍爾電極大小不對稱，使2個(gè)電極的熱容量不同，散熱狀態(tài)不同，兩極間出現(xiàn)溫差電勢，使霍爾元件產(chǎn)生溫漂所致。3）感應(yīng)零位電勢誤差

霍爾元件在交流或脈動(dòng)磁場中工作時(shí)，即使不加控制電流，由于霍爾極分布不對稱，霍爾端也有一定輸出，其大小正比于磁場的脈動(dòng)頻率、磁感應(yīng)強(qiáng)度的幅值和兩霍爾電極引線構(gòu)成的感應(yīng)面積。4）自勵(lì)磁場零位電勢誤差

當(dāng)霍爾元件通以控制電流時(shí)，此電流也會(huì)產(chǎn)生磁場，稱自勵(lì)磁場。當(dāng)電極引線不對稱時(shí)，元件兩邊磁感應(yīng)強(qiáng)度不相等，將有自勵(lì)場的零位電勢輸出。

霍耳式傳感器具體補(bǔ)償方法:

在霍爾元件上并聯(lián)一R0分流，當(dāng)T增大時(shí)—Ri增大—UH

增大—ⅠH

減小—Ⅰ0增大—UH

下降，

R0

自動(dòng)加強(qiáng)分流，使Ⅰ0增大

—ⅠH

下降—UH下降,補(bǔ)償電阻

R0可選擇負(fù)溫度系數(shù)。其他補(bǔ)償方法

：輸出回路的負(fù)載補(bǔ)償法，熱敏電阻補(bǔ)償法，輸出回路并聯(lián)電阻補(bǔ)償法，橋路補(bǔ)償法?；舳絺鞲衅鞒Ｓ玫臏y量電路集成霍耳傳感器

霍耳式傳感器7.7霍耳式傳感器的應(yīng)用

霍爾元件符號霍耳式傳感器霍耳式傳感器霍耳式傳感器霍耳式傳感器線性集成電路(測位移、測振動(dòng)）

霍耳式傳感器

開關(guān)集成器件(測轉(zhuǎn)速、開關(guān)控制、判斷NS極性)B’、B’’形成切換回差,這是位置式作用傳感器的特點(diǎn),

作無觸點(diǎn)開關(guān)時(shí)可防止干擾引起的誤動(dòng)作。形成切換回差

霍耳式傳感器應(yīng)用：無觸點(diǎn)開關(guān)霍耳式傳感器霍耳式傳感器基于霍耳效應(yīng)的壓力傳感器。它將霍耳元件固定于彈性敏感元件上，在壓力的作用下霍耳元件隨彈性敏感元件的變形而在磁場中產(chǎn)生位移，從而輸出與壓力成一定關(guān)系的電信號。保持霍耳元件的激勵(lì)電流不變，而使它在一個(gè)均勻梯度的磁場中移動(dòng)時(shí)，它輸出的霍耳電勢大小就取決于它在磁場中的位移量(見半導(dǎo)體磁敏元件)。磁場梯度越大，靈敏度就越高；梯度變化越均勻，霍耳電勢與位移的關(guān)系就越接近于線性。霍耳元件結(jié)構(gòu)簡單、形小體輕、無觸點(diǎn)、頻帶寬、動(dòng)態(tài)特性好、壽命長，而且已經(jīng)商品化?；舳糜趬毫鞲衅?，按照彈性敏感元件的不同有多種結(jié)構(gòu)形式。圖a、b中的壓力傳感器分別采用膜盒和波登管作為彈性敏感元件，并由兩塊半環(huán)形五類磁鐵產(chǎn)生梯度均勻的磁場。

霍耳式傳感器7.5磁敏電阻磁敏電阻（Magnetoresistance）是指利用半導(dǎo)體磁阻效應(yīng)而制成的可對磁場敏感的元