《霍尔传感器》PPT课件.ppt
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1、第七章第七章 霍尔式传感器霍尔式传感器 (磁电式传感器磁电式传感器)磁电式传感器是通过磁电式传感器是通过磁电作用磁电作用将被测量转换成电信将被测量转换成电信号的一种传感器。号的一种传感器。分类:分类:磁电感应式磁电感应式(利用导体与磁场发生相对运动产生(利用导体与磁场发生相对运动产生感应电动势)感应电动势)霍尔式霍尔式(利用载流半导体在磁场中的霍尔效应而(利用载流半导体在磁场中的霍尔效应而输出电动势)输出电动势)第七章第七章 霍尔式传感器霍尔式传感器|霍尔效应和霍尔元件材料霍尔效应和霍尔元件材料|霍尔元件构造及测量电路霍尔元件构造及测量电路|霍尔元件的主要技术指标霍尔元件的主要技术指标|霍尔元
2、件的补偿电路霍尔元件的补偿电路|霍尔式传感器的应用举例霍尔式传感器的应用举例 霍霍尔尔式式传传感感器器是是利利用用霍霍尔尔元元件件基基于于霍霍尔尔效效应应原原理理而而将将被被测测量量、如如电电流流、磁磁场场、位位移移、压压力力等等转转换换成电动势输出的一种传感器。成电动势输出的一种传感器。长长l l、宽、宽b b、厚、厚 d d,N N型半导体材料型半导体材料沿水平方向通以沿水平方向通以控制电流控制电流 I I半导体中的载流子即半导体中的载流子即电子电子e e沿与沿与电流相反的方向运动电流相反的方向运动,速度为,速度为v v由于磁场的作用,使得电子受到由于磁场的作用,使得电子受到洛仑兹力洛仑兹
3、力f fL L的作用而发生偏转的作用而发生偏转半导体的前后端面上各自积累起数目相等的半导体的前后端面上各自积累起数目相等的正、负电荷,形成电场正、负电荷,形成电场电场产生的作用力电场产生的作用力f fE E阻止电子的偏转,最终阻止电子的偏转,最终二力平衡,形成稳定的霍尔电场二力平衡,形成稳定的霍尔电场E EH H霍霍尔尔效效应应11推导目的:得到霍尔电推导目的:得到霍尔电势势U UH H与与I I、B B的关系的关系二力动态平衡时,有:二力动态平衡时,有:n n:N N型半导体中的电型半导体中的电子浓度子浓度电流密电流密度度霍尔霍尔电势电势霍霍尔尔效效应应霍尔系数霍尔系数,由载流子的物理性质所
4、决定,由载流子的物理性质所决定灵敏度系数灵敏度系数,表示在单位,表示在单位 B B 和单位和单位 I I 时的霍尔电势的大小。时的霍尔电势的大小。金属材料的自由电子浓度金属材料的自由电子浓度n n很大,不适于做霍尔元件很大,不适于做霍尔元件绝缘材料的几乎没有自由电子,不适于做霍尔元件绝缘材料的几乎没有自由电子,不适于做霍尔元件霍尔元件都是由半导体材料做成(尤其是霍尔元件都是由半导体材料做成(尤其是N N型)型)锗锗(Ge)(Ge)、硅、硅(Si)(Si)、砷化铟砷化铟(InAs)(InAs)、锑化铟锑化铟(InSb)(InSb)霍尔元件一般做得都较薄(霍尔元件一般做得都较薄(0.10.2mm)
5、z材料要求:z金属材料:z绝缘材料:z半导体材料:(霍尔系数)(灵敏度系数)载流子的载流子的迁移率迁移率霍尔元件都是由半导体材料做成(尤其是霍尔元件都是由半导体材料做成(尤其是N N型):型):锗锗(Ge)(Ge)、硅、硅(Si)(Si)、砷化铟砷化铟(InAs)(InAs)、锑化铟锑化铟(InSb)(InSb)霍霍 尔尔 电电 势(续)势(续)UHIB成正比关系成正比关系.KHn(半导体的电子浓度半导体的电子浓度)、e(电子当量电子当量)、d(霍霍尔元件的厚度尔元件的厚度)成反比关系成反比关系.霍尔元件的构造霍尔元件的构造控制电流端控制电流端引线,红色(黑端)引线,红色(黑端)霍尔输出端霍尔
6、输出端引线,引线,绿色(白端)绿色(白端)4 4端器件端器件霍尔元件的测量电路霍尔元件的测量电路提供激励电流提供激励电流调节激励电流的大小调节激励电流的大小负载电阻,通常是显示仪表、负载电阻,通常是显示仪表、记录装置、放大器的输入阻抗记录装置、放大器的输入阻抗UH一般在毫伏量级,实际使一般在毫伏量级,实际使用后端应加放大器用后端应加放大器霍尔元件的特性曲线霍尔元件的特性曲线1 1、额定激励电流、额定激励电流I IH H 使使霍霍尔尔元元件件温温升升1010所所施施加加的的控控制制电电流流值值称称为为额额定定激激励电流。通常用励电流。通常用I IH H表示。表示。2 2、输入电阻、输入电阻R R
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