磁电式传感器22009

会计学1磁电式传感器22009已知某霍尔元件尺寸为长l=10mm，宽b=3.5mm，厚d=1mm。沿l方向通以电流I=1.0mA，在垂直于b×l面方向上加均匀磁场B=0.3T，输出霍尔电势UH=6.55mV。求该霍尔元件的灵敏度系数KH和载流子浓度n是多少？UHbldIFLB第1页/共30页有一霍尔元件，其灵敏度KH=1.2mV/mA·kGs，把它放在一个梯度为5kGs/mm的磁场中，如果额定控制电流是20mA，设霍尔元件在平衡点附近作±0.1mm的摆动，问输出电压范围为多少?第2页/共30页霍尔式位移传感器将霍尔元件置于磁场中，左半部磁场方向向上，右半部磁场方向向下，从a端通人电流I，根据霍尔效应，左半部产生霍尔电势VH1，右半部产生露尔电势VH2，其方向相反。因此，c、d两端电势为VH1—VH2。如果霍尔元件在初始位置时VH1=VH2，则输出为零；当改变磁极系统与霍尔元件的相对位置时，即可得到输出电压，其大小正比于位移量第3页/共30页输入轴输入轴霍尔传感器（a）（b）霍尔式转速传感器第4页/共30页霍尔计数装置霍尔开关传感器绝缘板磁铁NS+12VSL3051ASVT+VCR5RLR4R3R1R2计数器第5页/共30页4.1磁敏电阻传感器磁阻效应：当一载流体置于磁场中，其电阻会随着磁场而变化磁阻效应方程：在只有电子参与导电的简单情况下磁敏电阻的灵敏度一般是非线性的，且受温度影响较大第6页/共30页S级N级0.30.20.100.10.20.3R/Ω1000500B/T温度（℃）020150504080100电阻（Ω）10060半导体磁阻元件的温度特性不好。元件的电阻值在不大的温度变化范围内减小的很快。因此，在应用时，一般都要设计温度补偿电路。第7页/共30页4.2磁敏二极管和磁敏三极管磁敏二极管、三极管是继霍尔元件和磁敏电阻之后发展起来的新型磁电转换元件，它们具有磁灵敏度高，能识别磁场的极性、体积小、电路简单等特点，因而日益得到重视，并在检测、控制等方面得到应用

第8页/共30页4.2.1磁敏二极管+－（a）结构（b）符号P+N+I区r区P+-I结N+-I结第9页/共30页4.2.1磁敏二极管当磁敏二极管未受到外界磁场作用时，外加正向偏压后，则有大量的空穴从P+-I结进入I区，同时也有大量电子从N+-I结进入I区。进入I区的空穴和电子大部分通过漂移和扩散运动到达对面的电极形成电流。少部分由于热运动进入r区而复合P+N+I区r区第10页/共30页4.2.1磁敏二极管的结构原理P+N+I区r面H+P+-I结N+-I结第11页/共30页4.2.1磁敏二极管的工作原理P+N+I区r面H-P+-I结N+-I结第12页/共30页4.2.2磁敏二极管的主要特性伏安特性-0.2213579U/VI/mA00.2T0.15T0.1T0.05T-0.05T（a）531I/mA46810U/V-0.3-0.2-0.100.10.20.30.4（b）531I/mA481216U/V-0.100.10.40.30.2-0.3（c）-0.1T-0.15T-0.2T000锗磁敏二极管硅磁敏二极管负阻现象第13页/共30页4.2.1磁敏二极管的主要特性磁电特性第14页/共30页4.2.1磁敏二极管的主要特性T/℃020400.20.40.60.81.0E=6VB=0.1T8060-20-5-4-3-2-1IΔUI/mAΔU/V温度特性第15页/共30页4.2.1磁敏二极管的测量电路Rm1EU0Rm2RtEU0RmRm1Rm2Rm3Rm4EU0ERm1Rm2RLU0RL第16页/共30页4.2.2磁敏三极管的结构原理在弱P型或弱N型本征半导体上用合金法或扩散法制成发射极、基极和集电极。基区较长，有高复合速率的r区和本征I区。长基区分为运输基区和复合基区bcecN+eH-H+bIrN+P+第17页/共30页磁敏三极管的工作原理当磁敏三极管末受 磁场作用时，由于 基区宽度大于载流 子有效扩散长度， 大部分载流子通过

e-I-b形成基极电流，少数载流子输入到c极。因而形成基极电流大于集电极电流的情况，使β＜1N+N+eP+xIrbcy第18页/共30页磁敏三极管的工作原理

当受到正向磁场(H+)作用时，由于磁场的 作用，洛仑兹力使载流子偏向发射结的一 侧，导致集电极电流显著下降N+N+eP+xrbycI第19页/共30页磁敏三极管的工作原理当反向磁场(H-)作用时，在H-的作用下，载流子向集电极一侧偏转，使集电汲电流增大H-yN+N+eP+xIrbc第20页/共30页4.2.2磁敏三极管的主要特性伏安特性Ib=0Ib=5mA1.00.80.60.40.20246810Ic/mAIb=4mAIb=3mAIb=2mAIb=1mAUce/VIb=3mA,B=-1kG1.00.80.60.40.20246810Ic/mAIb=3mA,B=0Ib=3mA,B=1kG不受磁场作用时磁场为1kGs基极为3mA第21页/共30页4.2.2磁敏三极管的主要特性-3-2-112345B/0.1TΔIc/mA0.50.40.30.20.13BCM磁敏三极管的磁电特性第22页/共30页磁灵敏度第23页/共30页4.2.2磁敏三极管的主要特性第24页/共30页4.2.2温度补偿ECR1μAmAV1VmReR2对于硅磁敏三极管因其具有负温度系数，可用正温度系数的普通硅三极管来补偿因温度而产生的集电极电流的漂移第25页/共30页4.2.3温度补偿WVmU0EC锗磁敏二极管电流随温度升高而增加的这一特性，使其作为硅磁敏三极管的负载，从而当温度升高时，可补偿硅磁敏三极管的负温度漂移系数所引起的电流下降第26页/共30页4.2.3温度补偿U0W1RLVm1Vm2ECW2RLRe采用两只特性一致、磁极相反的磁敏三极管组成的差动电路。这种电路既可以提高磁灵敏度，又能实现温度补偿，它是一种行之有效的温度补偿电路第27页/共30页磁敏