传感器与信号检测技术课件 (共8章)第4章 磁敏传感器.ppt

第4章 磁敏传感器 4.2 霍尔式传感器 本章习题 P234 1，2，3，73. 霍尔元件基本特性1） 额定激励电流和最大允许激励电流当霍尔元件自身温升10℃时所流过的激励电流称为额定激励电流。 以元件允许最大温升为限制所对应的激励电流称为最大允许激励电流。因霍尔电势随激励电流增加而性增加, 所以, 使用中希望选用尽可能大的激励电流, 因而需要知道元件的最大允许激励电流, 改善霍尔元件的散热条件, 可以使激励电流增加。 2） 输入电阻和输出电阻激励电极间的电阻值称为输入电阻。霍尔电极输出电势对外电路来说相当于一个电压源, 其电源内阻即为输出电阻。以上电阻值是在磁感应强度为零且环境温度在20℃±5℃时确定的。 3） 不等位电势和不等位电阻当霍尔元件的激励电流为I时, 若元件所处位置磁感应强度为零, 则它的霍尔电势应该为零, 但实际不为零。 这时测得的空载霍尔电势称不等位电势。 产生这一现象的原因有:  ① 霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上; ② 半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或是几何尺寸不均匀; ③ 激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布等。 不等位电势也可用不等位电阻表示式中: U0——不等位电势; r0——不等位电阻; IH——激励电流。由上式（7 - 19）可以看出, 不等位电势就是激励电流流经不等位电阻r0所产生的电压。 4） 寄生直流电势在外加磁场为零#, 霍尔元件用交流激励时, 霍尔电极输出除了交流不等位电势外, 还有一直流电势, 称寄生直流电势。 其产生的原因有: ① 激励电极与霍尔电极接触不良, 形成非欧姆接触, 造成整流效果; ② 两个霍尔电极大小不对称, 则两个电极点的热容不同, 散热状态不同形成极向温差电势。寄生直流电势一般在 1mV以下, 它是影响霍尔片温漂的原因之一。 5） 霍尔电势温度系数在一定磁感应强度和激励电流下, 温度每变化1℃时, 霍尔电势变化的百分率称霍尔电势温度系数。它同时也是霍尔系数的温度系数。 4. 霍尔元件不等位电势补偿不等位电势与霍尔电势具有相同的数量级, 有时甚至超过霍尔电势, 而实用中要消除不等位电势是极其困难的, 因而必须采用补偿的方法。 由于不等位电势与不等位电阻是一致的, 可以采用分析电阻的方法来找到不等位电势的补偿方法。如图 7 - 10 所示, 其中A、B为激励电极, C、D为霍尔电极, 极分布电阻分别用R1、 R2、 R3、 R4表示。理想情况下, R1=R2=R3=R4, 即可取得零位电势为零（或零位电阻为零）。 实际上, 由于不等位电阻的存在, 说明此四个电阻值不相等, 可将其视为电桥的四个桥臂, 则电桥不平衡。为使其达到平衡， 可在阻值较大的桥臂上并联电阻（如图7 - 10（a）所示）, 或在两个桥臂上同时并联电阻（如图7 - 10(b)所示）。 5. 霍尔元件温度补偿霍尔元件是采用半导体材料制成的, 因此它们的许多参数都具有较大的温度系数。当温度变化时, 霍尔元件的载流子浓度、迁移率、电阻率及霍尔系数都将发生变化, 从而使霍尔元件产生温度误差。 为了减小霍尔元件的温度误差, 除选用温度系数小的元件或采用恒 温措施外, 由UH=KHIR可看出：采用恒流源供电是个有效措施, 可以使霍尔电势稳定。 但也只能减小由于输入电阻随温度变化而引起的激励电流I变化所带来的影响。  霍尔元件的灵敏系数KH也是温度的函数, 它随温度的变化引起霍尔电势的变化。霍尔元件的灵敏度系数与温度的关系可写成KH=KH0（1+αΔT）（7 - 20） 式中: KH0——温度T0时的KH值;  ΔT =T- T0——温度变化量; α——霍尔电势温度系数。并且大多数霍尔元件的温度系数α是正值, 它们的霍尔电势随温度升高而增加（1+αΔT）倍。如果,与此同时让激励电流I相应地减小, 并能保持KHI乘积不变, 也就抵消了灵敏系数KH增加的影响。图 7 - 11 就是按此思路设计的一个既简单、 补偿效果又较好的补偿电路。电路中用一个分流电阻Rp与霍尔元件的激励电极相并联。 当霍尔元件的输入电阻随温度升高而增加时, 旁路分流电阻Rp自动地加强分流, 减少了霍尔元件的激励电流I, 从而达到补偿的目的。 在图 7 - 11 所示的温度补偿电路中, 设初始温度为T0, 霍尔元件输入电阻为Ri0, 灵敏系数为KH1, 分流电阻为Rp0, 根据分流概念得 IH0=（7 - 21） 当温度升至T时, 电路中各参数变为Ri=Ri0（1+δΔT）（7 - 22）Rp=Rp0（1+βΔT）（7 -23） 式中: δ——霍尔元件输入电阻温度系数; β——分流电阻温度系数。 则虽然温度升高ΔT, 为使霍