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第4章 磁电式传感器 4.1 霍尔式传感器 本章要点 下页 返回 磁电式传感器是通过磁电作用将被测量(如振动、位移、转速等)转换成电信号的一种传感器。磁电感应式传感器、霍尔式传感器都是磁电式传感器。磁电感应式传感器是利用导体和磁场发生相对运动产生感应电势的；霍尔式传感器为载流半导体在磁场中有电磁效应(霍尔效应)而输出电势的。它们原理并不完全相同，因此各有各的特点和应用范围。 4.1 霍尔式传感器 下页 上页 返回 霍尔效应和霍尔元件材料 霍尔元件构造及测量电路 霍尔元件的主要技术指标 霍尔元件的补偿电路 霍尔式传感器的应用举例 霍尔式传感器是利用霍尔元件基于霍尔效应原理而将被测量、如电流、磁场、位移、压力等转换成电动势输出的一种传感器。 4.1.1霍尔效应和霍尔元件材料 下页 上页 返回 霍尔效应 现象：一个宽为b,厚为a的半导体处于磁场中，当通有电流时，其两端会产生电场——霍尔效应。 原因：洛仑兹力 电场力 动态平衡 EH是霍尔电场；UH是霍尔电势（电压）。且 FE FL 4.1.1霍尔效应和霍尔元件材料 下页 上页 返回 霍尔元件材料 1．锗(Ge)，N型及P型均可。 2．硅(Si)．N型及P型均可。 3．砷化铟(InAs)和锑化铟(InSb)，这两种材料的特性很相似。 4.1.2 霍尔元件构造及测量电路 下页 上页 霍尔元件结构: a，b为控制极（通电流），c，d为霍尔电极（输出霍尔电压）。 霍尔片 四极引线及电路符号：1为控制极，2为霍尔电极 壳体 返回 4.1.2 霍尔元件构造及测量电路 下页 上页 测量电路 霍尔元件的基本测量电路如图所示。 激励电流由电源E供给，可变电阻R用来调节激励电流I的大小。RL为输出霍尔电势UH的负载电阻。通常它是显示仪表、记录装置或放大器的输入阻抗。 返回 4.1.3 霍尔元件的基本误差及其补偿 下页 上页 返回 一、零位误差 定义：不加控制电流或磁场时，出现的霍尔电势。 产生： (1)不等位电势——不加磁场时，出现的霍尔电势（主要零位误差） 。 原因：控制电极不对称引起； 解决办法：在1，2电极之间加电阻。 4.1.3 霍尔元件的基本误差及其补偿 下页 上页 返回 (2)寄生直流电势——通交流控制电流时， 除交流不等位电势外，存在直流电势分量。 原因：（a）控制电极与霍尔电极接触不良 引起整流效应； （b）霍尔电极焊点大小不一致引起 的温差电势。 解决办法： （a）改善电极接触性能和元件的散热条件; （b）均匀散热（有效措施） 。 (3)感应零电势Ui0——无控制电流时，在脉动磁场作用下而产生的零位电势； 原因：设 则 表明：它与霍尔电势极引线构成的 感应面积A成正比。 4.1.3 霍尔元件的基本误差及其补偿 下页 上页 返回 解决办法： 改变引线走向，使霍尔电势极引线围成的 感应面积A所产生的感应电势互相抵消。 (4)自激场零电势——由控制电流产生 的（自激）磁场的不对称所引起的 零位电势。 原因： 当元件的左右两半场相等时，所产 生的电势方向相反而抵消。 当元件的左右两半场不（控制电流 引线也产生磁场）相等时，所产生 的电势方向相反而抵消。 解决办法：适当安排控制电流引线。 4.1.3 霍尔元件的基本误差及其补偿 下页 上页 返回 二、温度影响 内阻——输入电阻Ri（控制电流两端之间的电阻）和输出电阻R0（霍尔电势两输出端的电阻） 温度影响——包含Ri (t) 、 R0 (t)和UH(t)。 4.1.3 霍尔元件的基本误差及其补偿 下页 上页 返回 补偿方法 输入端补偿——恒流源补偿法 当R0RL，I不变时， R0的变化对输出 影响不大。可补偿一部分温度影响。但 不能补偿温度对UH的影响。 输出回路补偿法 适当选择输出回路负载，可以补偿温度对R0 (t)和UH的影响。 设温度的影响为 其中： R00 、UH0为输出电阻和输出霍尔电势在温度没有变化时的基准值。a 和β为温度系数。 4.1.3 霍尔元件的基本误差及其补偿 下页 上页 返回 当有温度影响时 令 得 输入回路串联电阻补偿法 图中，E为恒压源，R为串联电阻， 当温度增加Δt时，霍尔电极的电势有一个增加值(ΔUH)t ； 另一方面，