半导体敏磁传感器.pptVIP

将霍尔元件置于磁场中，左半部磁场方向向上，右半部磁场方向向下，从 a端通人电流I，根据霍尔效应，左半部产生霍尔电势VH1，右半部产生露尔电势VH2，其方向相反。因此，c、d两端电势为VH1—VH2。如果霍尔元件在初始位置时VH1=VH2，则输出为零；当改变磁极系统与霍尔元件的相对位置时，即可得到输出电压，其大小正比于位移量。 式中：k是位移传感器的输出灵敏度。 将积分后得： UH=kx 说明，霍尔电势与位移量成线性关系。霍尔电势的极性反映了元件位移的方向。磁场梯度越大，灵敏度越高；磁场梯度越均匀，输出线性度越好。 （b）输出回路补偿 或在输出回路进行补偿。负载RL上的霍尔电势随温度上升而下降的量被热敏电阻阻值减小所补偿。 实际使用时，热敏电阻最好与霍尔元件封在一起或靠近，使它们温度变化一致。 R RL Rt （5） 利用补偿电桥进行补偿 调节电位器W1可以消除不等位电势。 电桥由温度系数低的电阻构成，在某一桥臂电阻上并联一热敏电阻。温度变化时，热敏电阻将随温度变化而变化，电桥的输出电压相应变化， 仔细调节，即可补偿霍 尔电势的变化，使其输 出电压与温度基本无关。 w1 w2 E1 w3 R2 R3 R4 R1 E2 Rt UHt 7.2 集成霍尔传感器 集成霍尔传感器是利用硅集成电路工艺将霍尔元件和测量线路集成在一起的霍尔传感器。它取消了传感器和测量电路之间的界限，实现了材料、元件、电路三位一体。集成霍尔传感器由于减少了焊点，因此显著地提高了可靠性。此外，它具有体积小、重量轻、功耗低等优点。 7.2.1 开关型集成霍尔传感器 开关型集成霍尔传感器是把霍尔元件的输出经过处理后输出一个高电平或低电平的数字信号。 霍尔开关电路又称霍尔数字电路，由稳压器、霍尔片、差分放大器，施密特触发器和输出级五部分组成。 7.2.2 线性集成霍尔传感器 线性集成霍尔传感器是把霍尔元件与放大线路集成在一起的传感器。其输出电压与外加磁场成线性比例关系。 一般由霍尔元件、差分放大、射极跟随输出及稳压四部分组成， 霍尔线性集成传感器广泛用于位置、力、重量、厚度、速度、磁场、电流等的测量或控制。 例 霍尔位移传感器 若磁场在一定范围内沿x方向的变化梯度dB／dx为一常数，则当霍尔元件沿x方向移动时，霍尔电势的变化为： 式中：k是位移传感器的输出灵敏度。 将积分后得： UH=kx 说明，霍尔电势与位移量成线性关系。霍尔电势的极性反映了元件位移的方向。磁场梯度越大，灵敏度越高；磁场梯度越均匀，输出线性度越好。 传感器原理与应用——第七章 * 第4章 磁敏传感器 第4章第*页共157页 第七章 半导体 磁敏传感器 简 介 磁敏式传感器都是利用半导体材料中的自由电子或空穴随磁场改变其运动方向这一特性而制成。 按其结构可分为体型和结型两大类。 体型的有霍尔传感器，其主要材料InSb(锑化铟)、InAs（砷化铟）、Ge（锗）、Si、GaAs等和磁敏电阻InSb、InAs。 结型的有磁敏二极管(Ge、Si)，磁敏三极管(Si) 应用范围可分为模拟用途和数字用途。 7.1 霍尔传感器 7.1.1 霍尔效应 霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是美国物理学家霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象便是霍尔效应。这个电势差也被叫做霍尔电势差。 7.1.1 霍尔效应 有一如图所示的半导体薄片，若在它的两端通以控制电流I，在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为B的磁场，则在薄片的另两侧面会产生与I和B的乘积成比例的电动势UH（霍尔电势或称霍尔电压）。这种现象就称为霍尔效应。 控制电极 控制电流 霍尔电极 图7-1 霍尔效应 UH b l d I FL FE v B 7.1.1 霍尔效应 是半导体中的自由电荷在磁场中受到洛伦兹力作用而产生的。 所以，霍尔电压UH可表示为 UH = EH b = vBb (7-3) 设霍尔元件为N型半导体，当它通电流I时 FL = qvB (7-1) 当电场力与洛仑兹力相等时，达到动态平衡，这时有 qEH=qvB 故霍尔电场的强度为 EH=vB （7