第7章 霍尔传感器.ppt

减小霍尔元件的温度误差的方法 1.恒温措施补偿 2.恒流源温度补偿 （1）恒温措施补偿。包括以下两种： ①将霍尔元件放在恒温器中。 ②将霍尔元件放在恒温的空调房中。 霍尔元件的灵敏度与温度的关系为 （7-5） 式中， 为温度为t0时霍尔元件的灵敏度； 为霍尔电动势的温度系数； 为温度的变化量（℃）。 图7-15 恒流源温度补偿电路 7.3.1 磁阻元件 当霍尔元件置于与电流方向垂直的磁场中时，会出现霍尔效应，同时还会出现半导体电阻率增大的现象，这种现象称为磁阻效应。利用磁阻效应做成的元件被称为磁阻元件。 （a）无磁场作用 （b）有磁场作用 图7-14 磁阻元件工作原理示意图 无触点开关，压力开关，角度传感器，转速传感器 优点：阻抗低，阻值随磁场变化大，频率响应好，动态范围广，噪声小。 7.3.2 磁敏二极管 图7-15 磁敏二极管的结构 r区：高复合区 （a）无磁场 （b）加正向磁场 （c）加反向磁场 图7-16 磁敏二极管工作原理 磁敏二极管在正负磁场作用下输出电阻不同，可以利用它来判断磁场方向。 7.3.3 磁敏三极管 图7-17 磁敏三极管的结构图 图7-18 磁敏三极管工作原理示意图 磁敏三极管和磁敏二极管的工作原理基本相同，可以用磁场方向控制集电极电流的增加或减小，也可以用磁场的强弱控制集电极电流增加或减小的变化量。 通过磁敏三极管集电极电流的变化可判断磁场的什么？ 霍尔电势是关于I、B、? 三个变量的函数，即 EH=K HI B cos ? 。利用这个关系可以使其中两个量不变，将第三个量作为变量，或者固定其中一个量，其余两个量都作为变量。这使得霍尔传感器有许多用途。 图7-16 霍尔位移传感器的工作原理 图7-17 霍尔压力传感器的工作原理 1—弹簧管； 2—磁铁； 3—霍尔压力传感器 图7-18 霍尔加速度传感器的工作原理 图7-19 霍尔转速传感器的工作原理 只要黑色金属旋转体的表面存在缺口或突起，就使磁场强度发生变化，从而引起霍尔电势的变化，霍尔电压的变化速率反映转速信号。 当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔元件，可产生较大的霍尔电动势，放大、整形后输出高电平；反之，当齿轮的空挡对准霍尔元件时，输出为低电平。 * * 若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。用霍尔转速传感器来检测车轮的转动状态有助于控制刹车力的大小。 * * 带有微型磁铁的霍尔传感器 钢质 霍尔 图7-20 霍尔计数器的工作原理及其内部电路 * * * * * 一、教学目标 知识目标 （1）了解霍尔元件的结构和不同参数。 （2）掌握霍尔传感器的工作原理及测量转换电路。 （3）熟悉霍尔传感器在工程上的应用。 二、教学重点和难点 (1)重点：霍尔传感器的工作原理和应用。 (2)难点：霍尔传感器的测量电路。 三、教学学时 4学时 7.1.1 霍尔效应 当把金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中时，磁场方向垂直于薄片，当有电流I流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生感应电动势EH，这种现象称为霍尔效应。 当磁场垂直于元件时，电子受到洛仑兹力的作用，向内侧偏移，在霍尔元件c、d方向的端面之间建立起霍尔电势。 * * c d a b 流入霍尔元件激励电流端的输入电流I越大，作用在霍尔元件上的磁感应强度B就越强，霍尔电动势EH也就越高。霍尔电势EH可用下式表示： EH=KH IB * * I ——控制电流（A） B ——磁感应强度（T） KH ——霍尔元件的灵敏度 （7-2） 为霍尔常数；d为霍尔元件的厚度（m）。 霍尔元件灵敏度的表达式为 霍尔元件是一种半导体四端薄皮，1、1′端称为霍尔电动势的输出端，2、2′端称为激励电流端，其中2、2′端一般应处于霍尔元件侧面的中点 （a）外形结构 （b）图形符号 图7-1 霍尔元件 锗：霍尔系数、温度性能、和线性度较好 硅：霍尔系数，温度性能与锗相近 锑化铟:对温度比较敏感，低温范围内温度系数较大。