传感器原理与应用技术7-1PPT.pptVIP

常用霍尔传感器GaAs（砷化镓）和lnSb（锑化铟）介绍: 1.GaAs霍尔传感器的品质 ①霍尔电压的温度稳定性好 最大的优点是其在恒流工作时温度稳定性好，温度变化10℃，输出电压变化不超过 -0 .6％。 ②输出线性好 最大误差只有2%(1K与5K高斯霍尔电压的比)。完全可以满足一般的用途。 ③灵敏度低 与InSb霍尔传感器相比灵敏度低。大多数InSb霍尔传感器的输出电压较高，但这类传感器在500高斯左右开始达到饱和。 ④GaAs霍尔传感器的不平衡电压随温度变化较大。 在弱磁场中(10高斯以下)不如InSb霍尔传感器。 THS103A THS106A 种类 GaAs GaAs 霍尔电压 50~120mv (1mA,1k高斯) 65~170mv 输入电阻 450~900Ω 450~900Ω 温度系数 ?-0.06% ?-0.06% 价格 4元 4元 2.InSb霍尔传感器的品质 InSb霍尔传感器与GaAs的特性几乎相反。 ①不平衡电压稳定性好 InSb霍尔传感器在恒压工作时不平衡电压的稳定性很好，噪音也小，在弱磁场中工作可很好地进行S/N的测量。 ② 霍尔电压的温度稳定性不好 在恒流工作时其温度系数为-2%/℃(最大)，是GaAs的30~40倍。 为了改善InSb霍尔传感器的温度特性，采用恒压工作，可以将温度系数降低近10倍。 ③InSb霍尔传感器的频率特性也不太好(大约在数千赫至数十千赫)。 在理论上GaAs霍尔传感器的频带在兆赫以上，而实际上是达不到的，但无论如何也会有InSb霍尔传感器数十倍以上的带宽。 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。 7.3.1 磁阻效应 当载流导体置于磁场中，其电阻会随磁场而变化的现象。 当温度恒定时，在磁场中，磁阻与磁感应强度B的平方成正比。 如果器件只有在电子参与导电的情况下，理论推导出来的磁阻效应方程为： 7.3 磁敏电阻器 电阻率的相对变化 可以看出 ，在磁感应强度Ｂ一定时，迁移率越高的材料（如InSb、InAs、NiSb等半导体材料）磁阻效应越明显。 从微观上讲，材料的电阻率增加是因为电流的流动路径因磁场的作用而加长所致。 7.3.2 磁敏电阻的结构 磁阻效应除了与材料有关外，还与磁敏电阻的形状有关。 在恒定磁感应强度下，磁敏电阻的长度与宽度的比越小，电阻率的相对变化越大。 传感器原理与应用——第七章 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 7.1 霍尔传感器 7.1.1 霍尔效应 流过霍尔元件的电流为 I = dQ / dt = bdvnq 得： v =I / nqbd (7-4) 所以： UH = BI / nqd 若取 RH = 1 / nq 　则 RH被定义为霍尔元件的霍尔系数。显然，霍尔系数由半导体材料的性质决定，它反映材料霍尔效应的强弱。 设 KH即为霍尔元件的灵敏度，它表示一个霍尔元件在单位控制电流和单位磁感应强度时产生的霍尔电压的大小. 单位是mV/（mA·T） 材料中电子在电场作用下运动速度的大小常用载流子迁移率来表征，即在单位电场强度作用下，载流子的平均速度值。即 所以 而 比较得 或 结论： ① 如果是P型半导体，其载流子是空穴，若空穴浓度为p，同理可得 ② 霍尔电压UH与材料的性质有关。 ③ 霍尔电压