交直流电流探头原理ppt课件

1、磁电传感器磁电效应将材质均匀的金属或半导体通电并置于磁场中，所产将材质均匀的金属或半导体通电并置于磁场中，所产生的各种变化称为电磁效应。生的各种变化称为电磁效应。在金属或半导体薄片中通以控制电流在金属或半导体薄片中通以控制电流I，并在薄片的垂，并在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为直方向上施加磁感应强度为B的磁场，那么在垂直于的磁场，那么在垂直于电流和磁场的方向上会产生电动势霍尔电势。这电流和磁场的方向上会产生电动势霍尔电势。这种景象称为霍尔效应。种景象称为霍尔效应。假设给通有电流的金属或半导体薄片加以与电流方向假设给通有电流的金属或半导体薄片加以与电流方向垂直的外磁场，不但产生霍尔效应，而且试

2、件的电阻垂直的外磁场，不但产生霍尔效应，而且试件的电阻值会变大。即产生磁阻效应。值会变大。即产生磁阻效应。霍尔效应假设将通有电流的导体置于磁场B之中，磁场B沿z轴垂直于电流IH沿x轴的方向，如以下图，那么在导体中垂直于B和IH的方向上出现一个横向电位差UH。1霍尔效应霍尔效应 IHUH霍尔效应的机理一将一块厚度为d、宽度为b、长度为L的半导体薄片霍尔片放置在磁场B中，磁场B沿Z轴正方向。当电流沿X轴正方向经过半导体时，假设薄片中的载流子设为自在电子以平均速度v沿X轴负方向作定向运动，所受的洛伦兹力为fB=ev*B.在fB的作用下自在电子受力偏转，结果向板面“I积聚，同时在板面“上出现同数量的正

3、电荷。这样就构成一个沿Y轴负方向上的横向电场，使自在电子在受沿Y轴负方向上的洛伦兹力fB 的同时，也受一个沿Y轴正方向的电场力fE。设E为电场强度，UH为霍尔片I、面之间的电位差即霍尔电压，那么fE 将妨碍电荷的积聚，最后达稳定外形时有即或bUeeEfHEEBffbUeevBHvBbUH霍尔效应的机理二设载流子浓度为n，单位时间内体积为vdb里的载流子全部经过横截面，那么电流强度IH与载流子平均速度v的关系为 将 代入 得式中 即为霍尔系数RH。思索霍尔片厚度d的影响，引进一个重要参数KH， ， 那么 式可写为KH称为霍尔元件的灵敏度。dbneIvvdbneIHH 或 vdbneIHvBbUH

4、dBIneUHH1ne1nedKH1vBbUHBIKUHHH霍尔电压的特性 1.在一定的义务电流IH下，霍尔电压UH与外磁场磁感应强度B成正比。这就是霍尔效应检测磁场的原理。2.在一定的外磁场中，霍尔电压UH与经过霍尔片的电流强度IH义务电流成正比。这就霍尔效应检测电流的原理。HHHIKUB BKUIHHH霍尔效应的副效应霍尔效应的副效应( (一一 在丈量霍尔电压时，会伴随产生一些副效应，影响到丈量的准确度，这些副效应是：1. 不等位效应 由于制造工艺技术的限制，霍尔元件的电位极不可以接在同一等位面上，因此，当电流IH流过霍尔元件时，即使不加磁场，两电极间也会产生一电位差，称不等位电位差U。显

5、然，U0只与电流IC有关，而与磁场无关。2. 埃廷豪森效应Etinghausen effect 由于霍尔片内部的载流子速度服从统计分布，有快有慢，由于它们在磁场中受的洛伦兹力不同，那么轨道偏转也不一样。动能大的载流子趋向霍尔片的一侧，而动能小的载流子趋向另一侧，随着载流子的动能转化为热能，使两侧的温升不同，构成一个横向温度梯度，引起温差电压UE，UE的正负与IH、B的方向有关。霍尔效应的副效应霍尔效应的副效应( (二二3. 能斯特效应Nernst effect由于两个电流电极与霍尔片的接触电阻不等，当有电流经过时，在两电流电极上有温度差存在，出现热分散电流，在磁场的作用下，建立一个横向电场EN

6、，因此产生附加电压UN。UN的正负仅取决于磁场的方向。4. 里纪-勒杜克效应Righi-Leduc effect由于热分散电流的载流子的迁移率不同，类似于埃廷豪森效应中载流子速度不同一样，也将构成一个横向的温度梯度而产生相应的温度电压URL，URL的正、负只与B的方向有关，和电流IH的方向无关。霍尔效应的副效应的消除方法霍尔效应的副效应的消除方法 由于附加电压的存在，实测的电压，既包括霍尔电压UH，也包括U0、UE、UN和URL等这些附加电压，构成丈量中的系统误差来源。但我们利用这些附加电压与电流IH和磁感应强度B的方向有关，丈量时改动IH和B的方向根本上可以消除这些附加误差的影响。详细方法如

7、下：当+B，+IH时丈量，U1UHU0UEUNURL1当+B，-IH时丈量，U2UHU0UEUNURL2当-B，-IH时丈量，U3UHU0+UEUNURL 3当-B，+IH时丈量，U4UHU0UEUNURL4式1234并取平均值，那么得)(414321UUUUUH)(414321UUUUUUEH这样处置后，除埃廷豪森效应引起的附加电压外，其它几个主要的附加电压全部被消除了。但因UEUH，故可将上式写为 磁电式传感器的运用示波器电流探头背景：随着科学技术的开展，电子技术的运用领域日益广泛，信号的频率愈来愈高，对信号的分析要求愈来愈细致。用示波器察看和检测电流信号的需求也日益频繁。探头对于示波器丈

8、量是非常关键的，把一个探头连结到一个电路能影响电路的运转，并且，一台示波器仅仅可以显示和丈量探头传送的示波器输入信号。因此，探头对于被测回路，必需有最小的影响，同时对想要做的丈量应保证足够的信号保真度。假设探头不能坚持信号的保真度，假设它以任何方式改动信号或改动一个电路的动作，示波器将显示实际信号的一个畸变的型式。其结果会导致出错的或者误导的丈量。磁电式传感器的运用示波器电流探头对示波器电流探头的要求：频率范围宽：从直流到几十甚至上百兆。幅度范围大：从毫安至千安。体积尺寸小：随着集成度的提高和信号频率的添加，元器件的外型尺寸越来越小和引脚越来越短。操作方便准确度高现有技术条件：线圈耦合-适宜几

9、k赫兹以上的电流。霍尔器件-适宜直流至几十k赫兹的电流。磁电式传感器的运用示波器电流探头示波器电流丈量实例：Tektronix 503S系统在直流和低频交流时的义务原理当电流钳闭合，把一通有电流的导体围在中心时，相应地，会出现一个磁场。这些磁场使霍尔传感器内的电子发生偏转，在霍尔传感器的输出产生一个电动势。系统根据这个电动势产生一个反相补偿电流送至电流探头的线圈，使电流钳中的磁场为零，以防止磁饱和。系统根据反相电流测得实际得电流值。用这个方法，能非常线性地丈量大电流，包括交直流混合的电流。磁电式传感器的运用示波器电流探头系统在高频时的义务原理随着被测电流频率的添加，霍尔效应逐渐减弱。当丈量一个

10、不含直流成分的高频交流电流时，大部分是经过磁场的强弱直接感应到电流探头的线圈。探头就象一个电流变压器。系统直接丈量的是感应电流，而不是补偿电流。功放的输出为线圈提供了一个低阻抗的接地回路。磁电式传感器的运用示波器电流探头系统在交叉区域时的义务原理当系统义务在20kHz的高低频交叉区域时，部分丈量是经过霍尔传感器实现的，另一部分是经过线圈实现的。图示(a)为被测电流波形。图示(b)为经过霍尔传感器产生的补偿电流波形。图示(c)为直接感应到线圈的被测电流的高频部分。图示(d)为系统综合两部分电流后得到的测试结果。磁电式传感器的运用示波器电流探头磁电式传感器的运用示波器电流探头Tektronix AM503A电流探头放大器系统综述直流信号的途径源自霍尔传感器，流经霍尔预放、功放、探头线圈、衰减器，最终经过输出放大器输出。交流信号的途径源自探头线圈，流经衰减器，最终经过输出放大器输出。整个系统的增益由衰减器和输出放大器的设置决议。这些电路由微处置器集及其接口电路控制。交流探头。由于他们设计上的缘由，电流探头不能经过直流或低频率信号。因此，他们的带宽必需用两个值详细阐明，一个是低频率，另一个是高频率。对于示波器丈量，实际关怀的问题是示波器和探头组合的总的带宽。这一系统性能最终决议丈量的性能。不幸的是，把