13霍尔传感器

1同学们好！2磁敏传感器磁场电能测量原理：半导体材料中的自由电子及空穴随磁场改变其运动方向结构结型体型霍尔传感器磁敏电阻——磁敏二极管磁敏三极管——3§7-1霍尔传感器一、霍尔效应IBKUHH——霍尔元件灵敏度HKHU——霍尔电势1、定义霍尔：1879年LbdBIHEIHUxyz半导体I42、霍尔电势的产生N型半导体：evBqvBFL洛仑兹力电场力HEeEFbUEHH而动态平衡bvBUHP型：pedIBUHIBKUHHLbdBIHEIHUxyznedIBUHdIBRUHH或neRH1peRH1令霍尔系数)(enbdvI电流5pqu1nqu1或neRH1peRH1或uRH半导体绝缘体金属材料：锗、硅、砷化镓、砷化铟、锑化铟灵敏度低、温度特性及线性度好灵敏度最高、受温度影响大输入1输入2输出1输出2磁性顶端引线衬底霍尔元件溅射工艺制作的锑化铟霍尔元件6二、霍尔元件的主要技术参数及特点（1）额定激励电流IH——霍尔元件温升10℃时所加的电流焦尔热bdlIRIWHH221/2TdAbIH散热TlbAW22A——表面散热系数（2）不平衡电势U0不等位电势、零位电势——IH、B=0、空载霍尔电势原因：两个霍尔电极不在同一等位面上材料不均匀、工艺不良7（3）输入电阻Ri、输出电阻R0Ri——控制电流电极间的电阻R0——输出霍尔电势电极间的电阻B=0欧姆表（4）霍尔电压VH0.10.20.30.4）（磁通密度TB250200150100500）霍尔电压（mV）（恒流CmA25100.10.20.30.4）（磁通密度TB250200150100500）霍尔电压（mV）（恒压CV251（5）霍尔电压的温度特性负温度特性8型号材料控制电流(mA)霍尔电压(mV,0.1T)输入电阻(ΩΩ)输出电阻(ΩΩ)灵敏度(mV/mA.T)不等位电势(mV)VH温度系数(%/℃)EA218InAs1008.531.50.350.50.1FA24InAsP100136.52.40.7510.07VHG-110GaAs55-10200-800200-80030-220VH的20%-0.05AG1Ge20max540302.5_-0.02MF07FZZInSb1040-2908-608-65_±10-2MF19FZZInSb1080-6008-608-65_±10-2MH07FZZInSb1V80-12080-40080-430_±10-0.3MH19FZZInSb1V150-25080-40080-430_±10-0.3KH-400AInSb5250-550240-55050-11050-110010-0.3霍尔元件的主要技术指标9三、霍尔元件连接方式和输出电路1、基本测量电路EWLRIBHUBIIBdIBRUHH特点：（1）测量磁物理量、电量及其它物理量（2）实现乘法运算，构成各种非线性运算部件（3）输出信号的信噪比大（4）频率范围宽：直流~数百千赫兹（5）体积小、重量轻（6）稳定性好、寿命长102、霍尔元件连接方式控制电流端并联输出电势为：2倍控制电流端串联次级绕阻叠加输出1WIHUE2WAB++++++++++----------直流供电方式：IHU~B交流供电方式：113、霍尔电势的输出电路V15V15V15V15四端器件输出电势：mV量级线性应用：比例放大器线性度好、低噪声放大器开关应用：射极跟随器灵敏度高：一般放大器12四、霍尔元件的测量误差及补偿方法1、零位误差及补偿IAB0UCDABCD半导体固有特性半导体制造工艺缺陷零位误差温度误差A、B同一等位面：U0=0、电桥平衡A、B非同一等位面：U0=0、电桥不平衡电桥补偿原理：在阻值较大的桥臂上并联电阻131R2R4R3RWABCDI（a）ABCDW1R2R4R3RWABCDI（b）ABCDW1R2R4R3RWABCDI（c）ABCDW142、温度误差及补偿电阻率、迁移率、载流子浓度：T霍尔元件内阻、霍尔电势：TIRHV五、霍尔开关集成传感器霍尔效应集成电路技术开关信号磁敏传感器151、结构及工作原理ccV1稳压23地输出VT霍尔元件放大整形材料：硅工艺：硅平面工艺提高灵敏度N型硅外延层很薄集成工艺工作原理：有磁场：VH，放大，整形：开启阈值，高电平VT导通，具有吸收电流的负载能力磁场减弱：VH减小，放大，整形：关闭阈值，翻转，低电平，VT截止开状态关状态162、工作特性）（TB121086420）（VVOUTONOFFOPBRPBHB——工作点“开”OPB——释放点“关”RPB——磁滞HB高低，开状态OPBBRPBB低高，关状态3、接口电路3020T外形V12ROUTV应用电路17CCVKCCVKCVCCVCVLRCCVCVLR184、磁场施加方式2.557.51012.51517.520磁感应强度）（距离mmL0.100.090.080.070.060.050.040.030.020.010LNS）（TB（1）磁铁轴心接近式两轴心方向重合2.557.51012.51517.520磁感应强度）（距离mmL0.100.090.080.070.060.050.040.030.020.010）（TBLNS25.0空隙（2）磁铁侧向滑近式两平面距离不变，磁铁轴线与传感器平面垂直19（3）采用磁力集中器增加传感器的磁感应强度S磁铁磁力集中器N移动传感器02.557.510)(mmL0.100.080.060.040.02）（磁感应强度TB有磁力集中器无磁力集中器NS传感器磁铁（低碳钢）磁力集中器倍1BS传感器磁铁磁力集中器mmmm8.0~6.02525)(软钢铁底盘N%30B20六、霍尔线性集成传感器1、结构及工作原理输出电压与外加磁场强度呈线性比例关系构成：霍尔元件、放大器、稳压、电流放大输出级、失调调整、线性度调整ccV稳压单端输出：SL3501T双端输出：SL3501MccV稳压R212、主要技术特性-0.3-0.2–0.100.10.20.3)(VVOUT输出电压5.64.63.62.61.6)(TB磁感应强度SL3501T输出特性曲线0.040.080.120.160.200.240.280.32)(VVOUT输出电压2.52.01.51.00.50)(TB磁感应强度100R0R15RSL3501M输出特性曲线型号电源电压(V)输出电压(V)灵敏度(mV/mA.T)带宽(kHz)工作温度(℃)SL3501T8–122.5–53500-7000250-70SL3501M8-163.6700-1400250-70霍尔线性集成传感器的技术参数22七、霍尔传感器的应用1、霍尔位移传感器dIBRUHH.constKdxdBdIRdxdUHH则Bx0.constdxdB若xKxUH磁场梯度越大，灵敏度越高磁场梯度越均匀，输出线性越好测量范围：1~2mmNNSSIx磁钢232、磁感应强度测量仪ASL3501M：霍尔线性集成传感器RP1：调整表头量程RP2：调零C1：低通滤波测量上限：0.3T3、直流功率测量仪IKIC1dBIRVCHHPKIVKKdRH21VVKB2244、转速测量转角HV02转角HV0NS霍尔元件永磁体被测轴永磁体安装在轴端NS被测轴霍尔元件永磁体永磁体安装在轴侧255、测量电流测量大直流电流（10kA）：电阻器分流霍尔元件测量电流：检测通电导线周围的磁场（1）导线旁测法HVIBCI（2）导线贯穿磁芯法I霍尔元件通电导线导磁铁芯简单、测量精度差、受外界干扰大环形铁芯集中磁力线，提高电流测量精度266、测量表面覆盖层厚度铁磁性物质非磁性涂层MSL3501霍尔元件型铁芯U永磁体铁磁基体覆盖层磁回路0123500400300200100)(VUOUT）（厚度mmV5V5277、自动凭票供水装置控制电路锅炉电磁阀投牌口水龙头水瓶收牌箱磁铁磁传感器滑槽参考书：黄继昌等编，《传感器工作原理及应用实例》，人民邮电出版社，1998