第7章 磁敏传感器-霍尔式.ppt

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控制电流I;
霍耳电势VH;
控制电压V;
输出电阻R2;
输入电阻R1;
霍耳负载电阻R3;
霍耳电流IH。
图中控制电流I由电源E供给,R为调节电阻,保证器件内所需控制电流I。霍耳输出端接负载R3,R3可是一般电阻或放大器的输入电阻、或表头内阻等。磁场B垂直通过霍耳器件,在磁场与控制电流作用下,由负载上获得电压。
VH
R3
V
B
I
E
IH
霍耳器件的基本电路
R
实际使用时,器件输入信号可以是I或B,或者IB,而输出可以正比于I或B,或者正比于其乘积IB。
上两式是霍耳器件中的基本公式。即:输入电流或输入电压和霍耳输出电势完全呈线性关系。如果输入电流或电压中任一项固定时,磁感应强度和输出电势之间也完全呈线性关系。
同样,若给出控制电压V,由于V=R1I,可得控制电压和霍耳电势的关系式
设霍耳片厚度d均匀,电流I和霍耳电场的方向分别平行于长、短边界,则控制电流I和霍耳电势VH的关系式
(四)、基本特性
1、直线性:指霍耳器件的输出电势VH分别和基本参数I、V、B之间呈线性关系。
VH=KHBI
2、灵敏度:可以用乘积灵敏度或磁场灵敏度以及电流灵敏度、电势灵敏度表示:
KH——乘积灵敏度,表示霍耳电势VH与磁感应强度B和控制电流I乘积之间的比值,通常以mV/(mA·)。因为霍耳元件的输出电压要由两个输入量的乘积来确定,故称为乘积灵敏度。
KB——磁场灵敏度,通常以额定电流为标准。磁场灵敏度等于霍耳元件通以额定电流时每单位磁感应强度对应的霍耳电势值。常用于磁场测量等情况。
KI——电流灵敏度,电流灵敏度等于霍耳元件在单位磁感应强度下电流对应的霍耳电势值。
若控制电流值固定,则:
VH=KBB
若磁场值固定,则:
VH=KII
3、额定电流:霍耳元件的允许温升规定着一个最大控制电流。
4、最大输出功率在霍耳电极间接入负载后,元件的功率输出与负载的大小有关,当霍耳电极间的内阻R2等于霍耳负载电阻R3时,霍耳输出功率为最大。
5、最大效率霍耳器件的输出与输入功率之比,称为效率,和最大输出对应的效率,称为最大效率,即:
6、负载特性当霍耳电极间串接有负载时,因为流过霍耳电流,在其内阻上将产生压降,故实际霍耳电势比理论值小。由于霍耳电极间内阻和磁阻效应的影响,霍耳电势和磁感应强度之间便失去了线性关系。如图所示。
80
60
40
20
0





VH/mV
λ=∞
λ=
λ=
λ=
B/T
理论值
实际值
VH
R3
I
霍耳电势的负载特性
λ=R3/R2
霍耳电势随负载电阻值而改变的情况
7、温度特性:指霍耳电势或灵敏度的温度特性,以及输入阻抗和输出阻抗的温度特性。它们可归结为霍耳系数和电阻率(或电导率)与温度的关系。
霍耳材料的温度特征
(a)RH与温度的关系;(b)ρ与温度的关系
RH/cm2/℃﹒A-1
250
200
150
100
50
40
80
120
160
200
LnSb
LnAs
T/℃
0
2
4
6
ρ/7×10-3Ω·cm
LnAs
200
150
100
50
LnSb
T/℃
0
双重影响:元件电阻,采用恒流供电;载流子迁移率,影响灵敏度。二者相反。
8、频率特性
磁场恒定,而通过传感器的电流是交变的。器件的频率特性很好,到10kHz时交流输出还与直流情况相同。因此,霍耳器件可用于微波范围,其输出不受频率影响。
磁场交变。霍耳输出不仅与频率有关,而且还与器件的电导率、周围介质的磁导率及磁路参数(特别是气隙宽度)等有关。这是由于在交变磁场作用下,元件与导体一样会在其内部产生涡流的缘故。
总之,在交变磁场下,当频率为数十kHz时,可以不考虑频率对器件输出的影响,即使在数MHz时,如果能仔细设计气隙宽度,选用合适的元件和导磁材料,仍然可以保证器件有良好的频率特性的。
霍耳开关集成传感器是利用霍耳效应与集成电路技术结合而制成的一种磁敏传感器,它能感知一切与磁信息有关的物理量,并以开关信号形式输出。霍耳开关集成传感器具有使用寿命长、无触点磨损、无火花干扰、无转换抖动、工作频率高、温度特性好、能适应恶劣环境等优点。
(五)霍耳开关集成传感器