磁电式传感器课件课件.pptVIP

8.3.6非接触式键盘开关 图8-18 用霍尔开关集成传感器构成的按钮 第63页，共72页，编辑于2022年，星期五 霍尔元件的结构很简单，它是由霍尔片、四根引线和壳体组成的，如图7.2.2(a)所示。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片，引出四根引线：1、 1′两根引线加激励电压或电流，称激励电极（控制电极）；2、2′引线为霍尔输出引线，称霍尔电极。霍尔元件的壳体是用非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装的。在电路中，霍尔元件一般可用两种符号表示，如图7.2.2(b)所示。 二、霍尔元件的结构和基本电路 7.2 霍尔式传感器 第31页，共72页，编辑于2022年，星期五 图7.2.2 霍尔元件 7.2 霍尔式传感器 第32页，共72页，编辑于2022年，星期五 (1) 额定激励电流和最大允许激励电流 额定激励电流：当霍尔元件有控制电流使其本身在空气中产生10℃温升时，对应的控制电流值。 最大允许控制电流：以元件允许最大温升为限制所对应的激励电流值。 三、霍尔元件的主要特性参数 7.2 霍尔式传感器 第33页，共72页，编辑于2022年，星期五 (2） 输入电阻和输出电阻 输入电阻：激励电极间的电阻值称为输入电阻。 输出电阻：霍尔电极输出电势对电路外部来说相当于一个电压源，其电源内阻即为输出电阻。 以上电阻值是在磁感应强度为零，且环境温度在20℃±5℃时所确定的。 7.2 霍尔式传感器 第34页，共72页，编辑于2022年，星期五 (3） 不等位电势和不等位电阻 当霍尔元件的激励电流为I时，若元件所处位置磁感应强度为零，则它的霍尔电势应该为零，但实际不为零。这时测得的空载霍尔电势称为不等位电势。如图7.2.3所示。产生这一现象的原因有： ① 霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上； ② 半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或是几何尺寸不均匀； ③ 激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布等。 7.2 霍尔式传感器 第35页，共72页，编辑于2022年，星期五 图7.2.3 不等位电势示意图 不等位电势也可用不等位电阻表示， 即 由式可以看出，不等位电势就是激励电流流经不等位电阻r0所产生的电压。 7.2 霍尔式传感器 第36页，共72页，编辑于2022年，星期五 (4） 寄生直流电势（霍尔元件零位误差的一部分） 在外加磁场为零、霍尔元件用交流激励时，霍尔电极输出除了交流不等位电势外，还有一直流电势，称为寄生直流电势。 (5） 霍尔电势温度系数 在一定磁感应强度和激励电流下，温度每变化1℃时，霍尔电势变化的百分率称为霍尔电势温度系数。它同时也是霍尔系数的温度系数。 7.2 霍尔式传感器 第37页，共72页，编辑于2022年，星期五 不等位电势与霍尔电势具有相同的数量级，有时甚至超过霍尔电势， 而实用中要消除不等位电势是极其困难的，因而必须采用补偿的方法。分析不等位电势时，可以把霍尔元件等效为一个电桥， 用分析电桥平衡来补偿不等位电势。 四、霍尔元件误差及补偿 7.2 霍尔式传感器 1. 不等位电势误差的补偿 第38页，共72页，编辑于2022年，星期五 图7.2.4为霍尔元件的等效电路，其中A、 B为霍尔电极，C、 D为激励电极，电极分布电阻分别用r1、r2、r3、r4表示，把它们看作电桥的四个桥臂。 图7.2.4 霍尔元件的等效电路 可以把霍尔元件视为一个四臂电阻电桥，不等位电势就相当于电桥的初始不平衡输出电压。 7.2 霍尔式传感器 第39页，共72页，编辑于2022年，星期五 此时可根据A、B两点电位的高低，判断应在某一桥臂上并联一定的电阻，使电桥达到平衡，从而使不等位电势为零。几种补偿线路如图7.2.5所示。 图7.2.5 不等位电势补偿电路 7.2 霍尔式传感器 第40页，共72页，编辑于2022年，星期五 2. 温度误差及其补偿 7.2 霍尔式传感器 温度误差产生原因： 霍尔元件的基片是半导体材料，因而对温度的变化很敏感。其载流子浓度和载流子迁移率、电阻率和霍尔系数都是温度的函数。 当温度变化时，霍尔元件的一些特性参数，如霍尔电势、输入电阻和输出电阻等都要发生变化，从而使霍尔式传感器产生温度误差。 第41页，共72页，编辑于2022年，星期五 减小霍尔元件的温度误差 选用温度系数小的元件 采用恒温措施 采用恒流源供电 7.2 霍尔式传感器 第42页，共72页，编辑于2022年，星期五 霍尔元件的灵敏系数KH也是温度的函数，它随温度变化将引起霍尔电势的变化。霍尔元件的灵敏度系数与温度的关系可写成 KH=KH0(