第九章磁敏传感器要点分析.pptVIP

9.1 霍尔传感器 9.2 磁敏电阻 9.3 结型磁敏管 9.1 霍尔传感器磁场 电压UH 9.1.1 霍尔效应 当把一块金属或半导体簿片垂直放在磁感应强度为B的 磁场中，沿着垂直于磁场的方向通以电流I，就会在薄片 的另一对侧面间产生电动势UH，如图9-1所示。这种现象 称为霍尔效应，所产生的电动势称为霍尔电动势，这种薄 片（一般为半导体）称为霍尔片或霍尔元件。 9.1 霍尔传感器 9.1 霍尔传感器 从式(9-3)知，霍尔电压UH与载流子的运动速度v有关， 即与载流子的迁移率?有关。由于?= v/El(El为电流方向上 的电场强度)，材料的电阻?=1/ne?，所以霍尔系数RH与载 流体材料的电阻率?和载流子的迁移率?的关系为 RH=?? （9-6） ?金属导体：?大，但?小（n大）； ?绝缘体：?大（n小），但?小； 它们都不宜作霍尔元件(RH太小)。 ?半导体：?、?适中—适宜作霍尔元件。 9.1 霍尔传感器 霍尔电压UH还与元件的几何尺寸有关： KH=1/ned 厚度d越小越好，一般d=0.01mm； 宽度b加大，或长宽比（l/b）减小时，将会使UH下降， 应加以修正 式中，f(l/b)—形状效应系数，如表9-2所示。一般取 l/b=2~2.5，则f(l/b)?1，就足够了。 9.1 霍尔传感器 9.1 霍尔传感器 9.1.2 霍尔元件主要技术参数 1.输入电阻Ri和输出电阻Ro Ri? Ro，Ri、Ro=100~2000?。 2.额定控制电流Ic—使霍尔元件在空气中产生10?C温升的 控制电流Ic=(几~几十)mA。 3.不等位电势U0和不等为电阻R0 霍尔元件在额定控制电流作用下，不加外磁场时其霍尔 电极间的电势为不等位电势U0，主要是由于两电极不在同 一等位面上以及材料电阻率不均匀等因素引起的，一般 U0 ?10mV。等效为不等为电阻R0= U0 /Ic。 4.灵敏度KH 在单位磁感强度下，通以单位控制电流时所产生的开路 霍尔电压（mV/mA·T或mV/mA·kGs）。 9.1 霍尔传感器 5.寄生直流电势UoD 在不加外磁场时，交流控制电流通过霍尔元件而在霍尔 电极间产生的直流电势为寄生直流电势UoD。它主要是由 于电极与霍尔片间的非完全欧姆接触所产生的整流效应造 成的。 6.霍尔电势温度系数? ?为温度变化1?C时，霍尔电势变化的百分率（%/?C）。 7.电阻温度系数? ?为温度变化1?C时，霍尔元件电阻变化的百分（%/?C） 8.灵敏度温度系数? ?为温度变化1?C时，霍尔元件灵敏度的变化率。 9.线性度 表9-3列出几种霍尔元件的主要技术性能。 9.1 霍尔传感器 9.1.3 基本误差及其补偿 9.1.3.1温度误差及其补偿 温度变化，导致霍尔元件内阻（Ri、Ro)和霍尔 灵敏度（KH）等变化，给测量带来一定误差，即 温度误差。为了减温度误差，需采取温度补偿措 施。 9.1 霍尔传感器 1.采用恒流源供电和输入回路并联电阻 温度变化引起霍尔元件输入电阻Ri变化，在稳压源供电 时，使控制电流变化，带来误差。为了减小这种误差，最 好采用恒流源(稳定度?0.1%)提供控制电流。但灵敏度系数 KH也是温度的函数，因此采用恒流源后仍有温度误差。为 了进一步提高UH的温度稳定性，对于具有正温度系数的霍 尔元件，可在其输入回路并联电阻R，如图9-2所示。 9.1 霍尔传感器 由补偿电路图知，在温度t0和t时 9.1 霍尔传感器 2．选取合适的负载电阻RL 霍尔元件的输出电阻R。和霍尔电势都是温度的函数(设 为正温度系数)，霍尔元件应用时，其输出总要接负载 RL(如电压表内阻或放大器的输入阻抗等)。当工作温度改 变时，输出电阻R。的变化必然会引起负载上输出电势的 变化。RL上的电压为 9.1 霍尔传感器 3.采用恒压源和输入回路串联电阻 当霍尔元件采用稳压源供电，且霍尔输出开路 状态下工作时，可在输入回路中串人适当电阻来 补偿温度误差，其分析过程与结果同式(9-14)。 9.1 霍尔传感器 4．采用温度补偿元件 这是一种常用的温度误差补偿方法，尤其适用于锑化铟 材料的霍尔元件。图 9-3示出了采用热敏元件进行温度补 偿的几种不同连接方式的例子。图中ri为