傳感器原理及應(yīng)用_6_磁敏傳感器

1、第六章第六章 磁敏傳感器磁敏傳感器 傳感器原理與應(yīng)用傳感器原理與應(yīng)用分類分類 n利用磁電感應(yīng)原理的磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器 。q將運(yùn)動(dòng)速度、位移轉(zhuǎn)換成線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)輸出。n利用某些材料的磁電效應(yīng)磁電效應(yīng)做成的對(duì)磁場敏感的傳感器（磁磁敏傳感器敏傳感器）q磁電效應(yīng)主要有霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)和磁阻效應(yīng)磁阻效應(yīng)q其中霍爾效應(yīng)是磁電效應(yīng)的基礎(chǔ)。 n磁敏二極管(SMD) 5.1 磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器Part.1 原理原理非重點(diǎn)磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器 n磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器是一種電動(dòng)式傳感器電動(dòng)式傳感器，也是一種典型的有有源傳感器源傳感器。n特點(diǎn)：特點(diǎn)：q輸出功率大

2、q穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)簡單、可簡化二次儀表q工作時(shí)不需要外加電源，可直接將被測物體的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電量輸出q工作頻率為10500Hz，適合做機(jī)械振動(dòng)測量和轉(zhuǎn)速測量。n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：q尺寸較大、較重q頻率響應(yīng)低 非重點(diǎn)工作原理工作原理 n磁電感應(yīng)式傳感器利用導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)在導(dǎo)體兩端輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。n根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律可知：“導(dǎo)體在磁場中切割磁力線”or“閉合線圈的磁通發(fā)生變化”時(shí)，在導(dǎo)體兩端或線圈內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)的大小與穿過線圈的磁通變化率有關(guān)。 n當(dāng)導(dǎo)體在均勻磁場中，沿垂直磁場方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為： deNdt 非重點(diǎn)右手定律發(fā)電機(jī)恒磁

3、通式恒磁通式 n磁路系統(tǒng)產(chǎn)生恒定的磁場，工作間隙中的磁通也保持恒定不變，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是由線圈相對(duì)永久磁鐵運(yùn)動(dòng)時(shí)切割磁力線而產(chǎn)生的。q永磁鐵與傳感器殼體固定，線圈相對(duì)于傳感器殼體運(yùn)動(dòng)，稱為動(dòng)圈式動(dòng)圈式。q線圈組件與傳感器殼體固定，永磁鐵相對(duì)于傳感器殼體運(yùn)動(dòng)，稱為動(dòng)鐵式動(dòng)鐵式。 非重點(diǎn)n動(dòng)圈式和動(dòng)鐵式的工作原理相同。n若線圈和磁鐵有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁場強(qiáng)度、線圈導(dǎo)體長度、線圈匝數(shù)以及線圈切割磁力線的速度成比例關(guān)系，具體為：ddxeNNBlBlNvdtdt 工作原理工作原理 磁感應(yīng)強(qiáng)度線圈匝數(shù)每匝線圈長度線圈運(yùn)動(dòng)速度非重點(diǎn)變磁通式變磁通式 n對(duì)于變磁通式磁電傳感器，線圈和磁鐵都靜止

4、不動(dòng)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是由變化的磁通產(chǎn)生的。由導(dǎo)磁材料組件構(gòu)成的被測體運(yùn)動(dòng)時(shí)，比如轉(zhuǎn)動(dòng)物體引起磁阻變化，使穿過線圈的磁通量變化，從而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，所以這種傳感器也成為變磁阻式變磁阻式。 非重點(diǎn)磁電感應(yīng)式傳感器的基本特征磁電感應(yīng)式傳感器的基本特征 n電動(dòng)勢(shì)磁電感應(yīng)傳感器的靈敏度特性曲線在理論上應(yīng)該是一條直線，而實(shí)際的靈敏度特性是非線性關(guān)系的。q當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度vva時(shí)，傳感器才能克服靜摩擦力開始做相對(duì)運(yùn)動(dòng)；q當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度vva時(shí)，慣性太大，超過了傳感器的彈性形變范圍，輸出曲線開始彎曲。q傳感器運(yùn)動(dòng)速度通常工作在(vb,vc)范圍之間，保證有足夠的線性范圍。 非重點(diǎn)電流靈敏度：電流靈敏度： n電流靈敏

5、度是單位速度引起的輸出電流變化，為：0IISv電壓靈敏度電壓靈敏度： n電壓靈敏度是單位速度引起的輸出電壓變化 ，為：0VUSv提高靈敏度的方法提高靈敏度的方法 ： n可以增大磁場強(qiáng)度B、每匝線圈的長度l和線圈匝數(shù)N。n同時(shí)需要綜合考慮傳感器的材料、體積、重量、內(nèi)阻和工作頻率。 非重點(diǎn)磁電感應(yīng)式傳感器的測量電路磁電感應(yīng)式傳感器的測量電路 n磁電感應(yīng)式傳感器可直接輸出感應(yīng)電勢(shì)，而且具有較高的靈敏度，對(duì)測量電路無特殊要求。n磁電感應(yīng)式傳感器的輸出信號(hào)直接經(jīng)主放大器輸出，該信號(hào)與速度速度成正比；n前置放大器分別接積分電路和微分電路q接積分電路時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的輸出正比于位移位移信號(hào)；q接微分電路時(shí)，感

6、應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的輸出正比于加速度加速度信號(hào)。非重點(diǎn)5.1 磁電感應(yīng)式傳感器磁電感應(yīng)式傳感器Part.2 應(yīng)用應(yīng)用非重點(diǎn)磁電感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用磁電感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用 n特點(diǎn)：特點(diǎn)：q是一種典型的慣性傳感器q不需要靜止的基準(zhǔn)參考信號(hào)，可直接安裝在被測物體上q是一種典型的發(fā)電型傳感器，工作時(shí)可不加電壓，直接將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能輸出q電動(dòng)式磁電傳感器從根本上講是速度傳感器q磁電傳感器輸出阻抗低，通常為幾十幾千歐姆，對(duì)后繼電路要求低，干擾小q通常用來做機(jī)械振動(dòng)測量非重點(diǎn)CD-1型振動(dòng)速度傳感器型振動(dòng)速度傳感器 非重點(diǎn)磁電式扭矩傳感器磁電式扭矩傳感器 非重點(diǎn)5.2 霍爾傳感器霍爾傳感器Part.1 原理原理霍爾傳

7、感器霍爾傳感器 n霍爾傳感器霍爾傳感器是基于霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)的一種傳感器，是把磁學(xué)物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的磁敏傳感器磁敏傳感器。n發(fā)展歷程發(fā)展歷程 q1879年，美國物理學(xué)家霍爾首先在金屬金屬材料中發(fā)現(xiàn)了霍爾效應(yīng)，但由于金屬材料的霍爾效應(yīng)太弱而沒有得到應(yīng)用。 q隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，開始使用半導(dǎo)體半導(dǎo)體材料制成霍爾元件，由于它的霍爾效應(yīng)顯著而得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展。 n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：q結(jié)構(gòu)簡單，體積小，堅(jiān)固，q頻率響應(yīng)寬（從直流到微波），動(dòng)態(tài)范圍大（輸出電動(dòng)勢(shì)變化）,q非接觸、使用壽命長、可靠性高、易于微型化和集成化。n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：q轉(zhuǎn)換率較低、溫度影響大、要求轉(zhuǎn)換精度較高時(shí)需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 霍爾效應(yīng)

8、霍爾效應(yīng) n金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中（若磁場垂直于薄片），當(dāng)有電流I流經(jīng)時(shí)（若I與B正交），在垂直于電流I和磁場B的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)UH，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)。n把一個(gè)長度為L，寬度為b，厚度為d的導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄片兩端通以控制電流I，在薄片的垂直方向上施加磁感強(qiáng)度為B的磁場，在薄片的另外兩側(cè)將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與控制電流I和磁場強(qiáng)度B的乘積成比例的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)UH。左手定律n并設(shè)其正電荷所受洛倫茨力洛倫茨力方向?yàn)檎?，則電子所受的洛倫茲力可表示為： n霍爾電場作用于電子的力fE可表示為：n當(dāng)達(dá)到動(dòng)平衡后，二力的代數(shù)和為零 LfevB ()()HEHUfeEeb HEvBHU

9、vBbe: 電子電量v: 運(yùn)動(dòng)速度B: 磁場強(qiáng)度-EH表示電場方向與規(guī)定正方向相反（單位V/m）n對(duì)于n型半導(dǎo)體，電流強(qiáng)度I可以表示為： n進(jìn)而得到：n可以推出： Ij sn e vb d Ivnebd HIBUned j表示電流密度（A/m2）n表示單位體積內(nèi)的電子數(shù)， 負(fù)號(hào)表示電子運(yùn)動(dòng)方向與電流方向相反。 s表示霍爾元件的截面積（m2）d表示霍爾元件的厚度（m） 霍爾電動(dòng)勢(shì)UH與控制電流I和磁場強(qiáng)度B的乘積成比例 霍爾系數(shù)霍爾系數(shù) n設(shè) ，將相應(yīng)公式改寫為：HHRUIBd n設(shè) ，將相應(yīng)公式改寫為：RH稱為霍爾系數(shù)，其大小反映出霍爾效應(yīng)的強(qiáng)弱。n設(shè) ，將相應(yīng)公式改寫為：1HRnen考慮電阻

10、率的表達(dá)式為： ，可以得到： 1neHR表示材料的電阻率（m）表示載流子的遷移率（m2/sV） 即單位電場作用下載流子的運(yùn)動(dòng)速度一般情況下，電子電子的遷移率要大于大于空穴空穴的遷移率，因此制成霍爾元件時(shí)多采用N型半導(dǎo)體材料。 靈敏度靈敏度 nKH稱為元件的靈敏度，它表示霍爾元件在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流作用下霍爾電勢(shì)的大小，單位是（mV/mAT） 1HHRKdned 關(guān)于靈敏度的理解關(guān)于靈敏度的理解 n由于金屬的電子濃度很高，所以它的霍爾系數(shù)或靈敏度都很小，因此不適于制作霍爾元件。n元件的厚度d越小，靈敏度越高，因此制作霍爾片時(shí)可以采用減小d的方法來增加靈敏度，但是不能認(rèn)為d越小越好，因?yàn)?/p>

11、這會(huì)導(dǎo)致元件的輸入和輸出電阻增加。IBKUHH磁場與霍爾元件平面呈現(xiàn)夾角 n當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B和霍爾片平面法線法線n成角度時(shí)，此時(shí)實(shí)際作用于霍爾片的有效磁場使其法線方向的分量，即Bcos，其霍爾電勢(shì)為：分析交變的電場使用控制電壓代替控制電流 1neLRSHbUEBL 電阻率公式cosIBKUHHHHRUIBd HRHHUIR5.2 霍爾傳感器霍爾傳感器Part.2 霍爾敏感元件霍爾敏感元件霍爾元件的結(jié)構(gòu)霍爾元件的結(jié)構(gòu) n霍爾元件外形為矩形薄片，有四根四根引線，兩端加激勵(lì)電流，稱為激勵(lì)電極激勵(lì)電極。另外兩端為輸出引線，稱為霍爾電極霍爾電極，外面用陶瓷或環(huán)氧樹脂封裝。 霍爾元件的主要特性參數(shù)霍爾元件的

12、主要特性參數(shù) n輸入電阻輸入電阻Ri和輸出電阻和輸出電阻Roq定義霍爾元件激勵(lì)電極之間激勵(lì)電極之間的電阻稱為輸入電阻輸入電阻Ri。q霍爾元件的霍爾電極輸出的是霍爾電勢(shì)，對(duì)外它是一個(gè)等效的電壓源等效的電壓源，這就需要知道霍爾電極之間霍爾電極之間的電阻，這個(gè)電阻稱為輸出電阻輸出電阻Ro。n額定控制電流額定控制電流IN和最大允許控制電流和最大允許控制電流Imax q霍爾元件在空氣中產(chǎn)生10的溫升溫升時(shí)，所施加的控制電流稱為額定控制電流IN。q以元件允許的最大溫升最大溫升為限制，所對(duì)應(yīng)的控制電流稱為最大允許控制電流Imax。非重點(diǎn)n不等位電勢(shì)不等位電勢(shì)U0和不等位電阻和不等位電阻r0 n霍爾電勢(shì)溫度系

13、數(shù)霍爾電勢(shì)溫度系數(shù) q在一定磁感應(yīng)強(qiáng)度和激勵(lì)電流下，溫度每變化1時(shí)，霍爾電勢(shì)變化的百分率，稱為霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)。 n霍爾靈敏系數(shù)霍爾靈敏系數(shù)KHq在單位控制電流和單位磁感應(yīng)強(qiáng)度作用下，霍爾器件輸出端的開路電壓，稱為霍爾靈敏系數(shù)KH，霍爾靈敏系數(shù)KH的單位為V/(AT)。q它反映了霍爾元件本身所具有的磁電轉(zhuǎn)換能力，一般希望他越大越好。 霍爾元件的主要特性參數(shù)霍爾元件的主要特性參數(shù) - 續(xù)非重點(diǎn)霍爾傳感器的測量電路霍爾傳感器的測量電路 n基本測量電路基本測量電路 q控制電流I由電壓源E供給。qR是調(diào)節(jié)電阻，用以根據(jù)需求調(diào)節(jié)I的大小。q霍爾電勢(shì)輸出的負(fù)載電阻RL，可以是放大器的輸入電阻或表頭的內(nèi)阻等

14、。q施加的外磁場B一般與霍爾元件的平面垂直。q控制電流可以是交流交流。 由于建立霍爾效應(yīng)所需的時(shí)間短，所以控制電流的頻率可高達(dá)109Hz 輸出電路輸出電路 n在直流直流激勵(lì)電流情況下，為了獲得較大的霍爾電壓較大的霍爾電壓，可將幾塊霍爾元件的輸出電壓串聯(lián)，如左圖所示。n在交流交流激勵(lì)電流情況下，幾塊霍爾元件的輸出可通過變壓器接成如右圖的形式，以增加霍爾電壓或輸出功率增加霍爾電壓或輸出功率。 由溫度造成的誤差由溫度造成的誤差 n霍爾元件對(duì)溫度的變化很敏感，因此，霍爾元件的輸入電阻、輸出電阻、乘積靈敏度等將受到溫度變化的影響，從而給測量帶來較大誤差。非重點(diǎn)n為了減少測量中的溫度誤差，選用溫度系數(shù)較小

15、的霍爾元件選用溫度系數(shù)較小的霍爾元件或采用一些恒溫措施外，還可以使用一些電路溫度補(bǔ)償方法。n 采用熱敏元件采用熱敏元件 q對(duì)于由溫度系數(shù)較大的半導(dǎo)體材料制成的霍爾元件，采用溫度補(bǔ)償電路，圖中Rt是熱敏元件（熱電阻or熱敏電阻） n左圖在輸入回路輸入回路中進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)碾娐?，?dāng)溫度變化時(shí)，用Rt的變化來抵消霍爾元件的乘積靈敏度靈敏度KH和輸入電阻輸入電阻Ri變化對(duì)霍爾輸出電勢(shì)UH的影響。n右圖在輸出回路輸出回路進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)碾娐罚?dāng)溫度變化時(shí)，用RL的變化來抵消霍爾輸出電勢(shì)輸出電勢(shì)UH和輸出電阻輸出電阻Ro變化對(duì)負(fù)載電阻RL上的電壓UL的影響。 非重點(diǎn)不等位電勢(shì)的補(bǔ)償不等位電勢(shì)的補(bǔ)償 n不等位電

16、勢(shì)不等位電勢(shì)q當(dāng)霍爾元件的激勵(lì)電流為額定值IN時(shí)，若元件所處位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，則它的霍爾電勢(shì)應(yīng)該為零，但實(shí)際不為零，這時(shí)測得的空載霍爾電勢(shì)稱為不等位電勢(shì)。n產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因q不等位電勢(shì)是由于兩個(gè)霍爾電極安裝時(shí)不在同一個(gè)電位面上所致。n不等位電阻不等位電阻：不等位電勢(shì)是由于霍爾電極2和2之間的電阻為不等位電阻。 非重點(diǎn)n這樣不等位電勢(shì)就相當(dāng)于電橋的初始不平衡不平衡輸出電壓。n理想狀況下，不等位電勢(shì)為0，即電橋平衡電橋平衡。 非重點(diǎn)n一個(gè)矩形霍爾片有兩個(gè)電極，各個(gè)電極之間有4個(gè)電阻R1，R2，R3，R4，因而可以把霍爾元件視為一個(gè)4臂電阻電橋。 n所有能夠使電橋達(dá)到平衡的方法均可以用作補(bǔ)償不等

17、位電勢(shì)，使不等位電勢(shì)為0。 非重點(diǎn)5.2 霍爾傳感器霍爾傳感器Part.3 集成霍爾傳感器集成霍爾傳感器集成霍爾傳感器集成霍爾傳感器n將霍爾敏感元件霍爾敏感元件、放大電路、校正電路、溫度補(bǔ)償電路以及激勵(lì)源激勵(lì)源（比如給霍爾敏感元件供電的恒流源）全部集成在一片芯片上，構(gòu)成集成霍爾傳感器霍爾傳感器。n根據(jù)霍爾敏感材料的特性不同，可以分成兩大類：q線性測量型q開關(guān)型3B(kG)(高斯)0.3UH開關(guān)型開關(guān)型線性測量線性測量型型GaAs（砷化鎵）InSb（銻化銦）線性度高適合線性測量型集成霍爾傳感器線性測量型集成霍爾傳感器放大HG放大Vcc穩(wěn)壓源A輸出電路VoutGND線性型霍爾器件示意圖 線性集成霍

18、爾傳感器是把霍爾元件與放大線路集成在一起的傳感器。其輸出信號(hào)與磁感應(yīng)強(qiáng)度成比例。通常由霍爾元件霍爾元件、差分放大差分放大、射極跟隨射極跟隨輸出輸出及穩(wěn)壓穩(wěn)壓四部分組成。HL1.1型線性集成霍爾傳感器第一級(jí)差分放大第一級(jí)差分放大第二級(jí)差分放大第二級(jí)差分放大達(dá)林頓管達(dá)林頓管外接射級(jí)電阻開關(guān)型集成霍爾傳感器開關(guān)型集成霍爾傳感器 霍爾開關(guān)集成傳感器是一種雙穩(wěn)態(tài)型傳感器雙穩(wěn)態(tài)型傳感器，又稱為鎖鍵型傳感器。當(dāng)外加磁感應(yīng)強(qiáng)度超過工作點(diǎn)時(shí)，其輸出為導(dǎo)通狀態(tài)。而在磁場撤銷后，輸出仍保持不變，必須施加反向磁場并使之超過釋放點(diǎn)，這樣才能使其關(guān)斷。霍爾開關(guān)集成傳感器的工作特性曲線HG放大Vcc穩(wěn)壓源AVoutGND開

19、關(guān)型霍爾器件示意圖VTHAL1881，HAL732，HAL41F，HAL513典型的典型的霍爾開關(guān)集成傳感器霍爾開關(guān)集成傳感器型號(hào)型號(hào)工作點(diǎn)工作點(diǎn)釋放點(diǎn)釋放點(diǎn)回差回差5.2 霍爾傳感器霍爾傳感器Part.4 霍爾傳感器的應(yīng)用霍爾傳感器的應(yīng)用霍爾傳感器的應(yīng)用電路霍爾傳感器的應(yīng)用電路 n歸納起來，霍爾傳感器有三個(gè)方面的用途：q當(dāng)控制電流不變控制電流不變時(shí)，使傳感器處于非均勻磁場中，則傳感器的霍爾電勢(shì)正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度，利用這一關(guān)系可反映位置、角度或勵(lì)磁電流的變化。q當(dāng)控制電流與磁感應(yīng)強(qiáng)度皆為變量控制電流與磁感應(yīng)強(qiáng)度皆為變量時(shí)，傳感器的輸出與這兩者乘積成正比。n在這方面的應(yīng)用有乘法器、功率計(jì)以及除法、

20、倒數(shù)、開方等運(yùn)算器，n此外，也可用于混頻、調(diào)制、解調(diào)等環(huán)節(jié)中，但由于霍爾元件變換頻率低，溫度影響較顯著等缺點(diǎn)，在這方面的應(yīng)用受到一定的限制，這有待于元件的材料、工藝等方面的改進(jìn)或電路上的補(bǔ)償措施。q若保持磁感應(yīng)強(qiáng)度恒定不變磁感應(yīng)強(qiáng)度恒定不變，則利用霍爾電壓與控制電流成正比的關(guān)系，可以組成回轉(zhuǎn)器、隔離器和環(huán)行器等控制裝置。 測微小位移測微小位移 SNxBB=kxNS均勻梯度均勻梯度磁場微小位移測量HHHUk IBk Ikx測角度測角度 BBnNSBn=B*sin均勻磁場角度測量sinHHnHUk IBk IB電流傳感器電流傳感器電流測量BI霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器 旋轉(zhuǎn)小磁極Vthres

21、holdAVoutBUH軸轉(zhuǎn)速測量利用霍爾傳感器利用霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)無接觸式仿型加工實(shí)現(xiàn)無接觸式仿型加工 非重點(diǎn)霍爾式壓力傳感器霍爾式壓力傳感器 非重點(diǎn)自動(dòng)供水裝置自動(dòng)供水裝置 非重點(diǎn)霍爾元件霍爾元件在磁性材料研究中的應(yīng)用在磁性材料研究中的應(yīng)用 非重點(diǎn)替換非接觸式鍵盤開關(guān)非接觸式鍵盤開關(guān) 非重點(diǎn)霍爾式汽車無觸點(diǎn)點(diǎn)火裝置霍爾式汽車無觸點(diǎn)點(diǎn)火裝置 非重點(diǎn)霍爾接近開關(guān)霍爾接近開關(guān) 非重點(diǎn)5.2 霍爾傳感器霍爾傳感器Part.5 霍爾傳感器實(shí)例電路分析霍爾傳感器實(shí)例電路分析便攜式高斯計(jì)便攜式高斯計(jì)R5RP1、R7R1THS 103A+1.25VGND510OUTVinSWCC47365L19VC1C23

22、3k5.1kC-VoutV+C+2485C3C4C5+10V-9VICL7660TL499AConvertorDC-DC+A2-IBKUHH衛(wèi)生間照明燈自動(dòng)控制電路衛(wèi)生間照明燈自動(dòng)控制電路2B13VT9013A1 S1R1VDDQ110kCP1D12MR2Q2CP2D2Q2100.01510VS2k2202CW60G磁鋼220VCS3020開關(guān)型集成霍爾元件HVssA2S2100kVS晶閘管D觸發(fā)器觸發(fā)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)輸出構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)輸出D觸發(fā)器觸發(fā)器構(gòu)成雙穩(wěn)態(tài)輸出構(gòu)成雙穩(wěn)態(tài)輸出5.3 磁敏電阻磁敏電阻磁阻效應(yīng)磁阻效應(yīng)n當(dāng)一載流半導(dǎo)體置于磁場中，其電阻值會(huì)隨磁場而變化的這種現(xiàn)象稱為磁阻效應(yīng)磁阻效應(yīng)。

23、n磁阻效應(yīng)還與磁敏電阻的形狀、尺寸密切相關(guān)。這種與磁敏電阻形狀、尺寸有關(guān)的磁阻效應(yīng)稱為磁阻效應(yīng)的幾何磁阻效應(yīng)。幾何磁阻效應(yīng)。q若考慮其形狀的影響，電阻率的相對(duì)變化與磁感應(yīng)強(qiáng)度和遷移率的關(guān)系可表達(dá)為：bLfBK1220273. 0:K:B:b:L系數(shù)磁感應(yīng)強(qiáng)度電子遷移率半導(dǎo)體寬度半導(dǎo)體長度為形狀效應(yīng)系數(shù)bLf磁阻效應(yīng)磁阻效應(yīng)n磁敏效應(yīng)與材料性質(zhì)與幾何形狀有關(guān)：q一般遷移率遷移率大的材料，磁阻效應(yīng)越顯著；q元件的長寬比長寬比越小，磁阻效應(yīng)越大。磁敏電阻磁敏電阻n在磁場作用下，半導(dǎo)體片內(nèi)電流分布是不均勻的，改變磁場的強(qiáng)弱就影響電流密度的分布，故表現(xiàn)為半導(dǎo)體片的電阻變化。LbbIe磁敏材料通以電流無磁

24、場BLBLbbIe磁場B洛倫茲力軌跡偏移L磁敏電阻磁敏電阻-結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)n在磁場作用下，半導(dǎo)體片內(nèi)電流分布是不均勻的，改變磁場的強(qiáng)弱就影響電流密度的分布，故表現(xiàn)為半導(dǎo)體片的電阻變化。BILbBI-+左手定律柵格式磁敏電阻柵格式磁敏電阻磁敏電阻磁敏電阻-結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)Lb40LbbLI II II II II I金屬極板電子流向磁敏電阻磁敏電阻-結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)n磁敏電阻常選用InSb(銻化銦)、InAs(砷化銦)和NiSb(銻化鎳)等半導(dǎo)體材料，在絕緣基片上蒸鍍薄的半導(dǎo)體材料，也可在半導(dǎo)體薄片上光刻或腐蝕成型（柵狀結(jié)構(gòu)柵狀結(jié)構(gòu)）n磁敏電阻的靈敏度一般是非線性的，且受溫度影響較大磁敏電阻的靈敏度一般是非線性的，且

25、受溫度影響較大；因此，使用磁敏電阻時(shí)必須首先了解如下圖所示的持因此，使用磁敏電阻時(shí)必須首先了解如下圖所示的持性曲線。然后，確定溫度補(bǔ)償方案。性曲線。然后，確定溫度補(bǔ)償方案。磁敏電阻磁敏電阻-非線性非線性磁阻元件的電阻值與磁場的極性無關(guān)，它只隨磁場強(qiáng)度的增加而增加磁阻元件的溫度特性不好，在應(yīng)用時(shí)，一般都要設(shè)計(jì)溫度補(bǔ)償電路。 銻化銦銻化銦(InSb)非接觸式角度傳感器實(shí)例非接觸式角度傳感器實(shí)例n半圓型磁鐵為Mn兩個(gè)半圓型磁阻元件MR1、MR2n間隙緊密，但無接觸u0E0M-+MR1MR2u00901802703609050范圍線性度較好5.4 磁敏二極管（磁敏二極管（SMD）Part.1 原理原理

26、概述概述n磁敏二極管磁敏二極管、三極管三極管是繼霍耳元件霍耳元件和磁敏電阻磁敏電阻之后迅速發(fā)展起來的新型磁電轉(zhuǎn)換元件。n霍爾元件霍爾元件和磁敏電阻磁敏電阻均是用N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體材料制成的體型元件。磁敏二極管磁敏二極管和磁敏三極管磁敏三極管是PN結(jié)結(jié)型的磁電轉(zhuǎn)換元件。n磁敏二極管磁敏二極管和磁敏三極管磁敏三極管具有輸出信號(hào)大、靈敏度高（磁靈敏度比霍耳元件高數(shù)百甚至數(shù)千倍） 、工作電流小、能識(shí)別磁場的極性、體積小、電路簡單等特點(diǎn)，它們比較適合磁場、轉(zhuǎn)速、探傷等方面的檢測和控制。磁敏二極管的結(jié)構(gòu)磁敏二極管的結(jié)構(gòu)P+區(qū)區(qū)N+區(qū)區(qū)本征區(qū)粗糙區(qū)光滑區(qū)BI II IE E0 0空穴空穴電子電子粗超區(qū)粗超區(qū)：電子和空穴對(duì)在其表面很容易進(jìn)行復(fù)合。 將會(huì)消失光滑區(qū)光滑區(qū)：電子和空穴對(duì)在其表面很不易進(jìn)行復(fù)合。載流子變少；電阻增加。載流子稍微稍微增多電阻稍微稍微減小磁敏二極管的磁