传感器原理及应用第7章磁电式传感器精选.ppt

7.3 磁敏传感器 7.3.2 磁敏晶体管 （1）磁敏二极管（锗管2ACM,硅管2DCM） 传感器原理及应用 第7章???????磁电式传感器 在正向磁场 作用下电阻大 ，电流小 在负向磁场 作用下电阻小 ，电流大 在磁场作用下，磁敏二极管灵敏度大大提高。 输出电压与外加磁场的关系叫磁敏二极管的磁—电特性， 具有正反磁灵敏度，这是磁阻元件欠缺的。但正向磁灵敏度 大于反向磁灵敏度，需互补使用，对臂相同、临臂相反。 ΔU B E D1 D2 D3 D4 U0 7.3 磁敏传感器 7.3.2 磁敏晶体管（2）磁敏三极管 传感器原理及应用 第7章???????磁电式传感器 以锗管NPN型为例： 磁敏三极管也是以长基区为特征，有两个PN结，发射极与基极之间的PN 结由长基区二极管构成，有一个高复合区，集电极电流大小与磁场有关。 加正向磁场 B，载流子偏向高复合区，集电极电流减小； 加反向磁场 B，载流子背向高复合区，集电极电流Ic增加； 当基极电流一定，靠外加磁场可以改变集电极电流，这是与普通 三极管不同之处； 由于长基区大于扩散长度，所以发射极电流增益β＜1，但集电 极电流有很高的磁灵敏度。 7.3 磁敏传感器 7.3.2 磁敏晶体管（3）磁敏晶体管的应用 传感器原理及应用 第7章???????磁电式传感器 位移测量 磁敏二极管组成电桥，磁铁处于磁敏元件之间，中间位置时输出电压U0=0；位移时两磁敏元件感受的磁场强度不同，RD1≠RD3，电桥失衡，输出与位移有关。位移方向相反输出极性变化，可判别位移大小和方向。 E D1 D2 D3 D4 U0 S N 涡流流量计 液体流动时，涡轮转动，流速与转速成正比，磁敏晶体管检测到磁性涡轮周期变化近似正弦波波形，频率与齿轮的转速成正比。 转速∝流速 频率∝转速∝流量 磁性齿轮 传感器 传感器原理及应用 第7章???????磁电式传感器 课堂练习 电机通断控制电路，VT三极管功率驱动1A负载，PT-525为开关型霍尔元件； 叙述电路工作原理； 磁钢N接近时霍尔元件导通（低），电机M的状态？ 磁钢远离时霍尔元件截止（高），电机M的状态？ 4.7K D PST-525 M S N 12V 1.1K C 0.1μ VT 传感器原理及应用 第7章???????磁电式传感器 本章要点： 磁电感应式传感器（电动式） 工作原理、 基本特性和应用； 霍尔式传感器原理、霍尔传感器的应用、 霍尔集成传感器； 磁敏传感器，磁敏电阻器、磁敏二极管、 磁敏三极管。 7.2 霍尔式传感器 7.2.1 霍尔效应 传感器原理及应用 第7章???????磁电式传感器 把一个导体（半导体薄片）两端通以电流I，在垂直方向施加磁感强度B的磁场，在薄片的另外两侧会产生一个与控制电流I和磁场强度B的乘积成比例的电动势 。 或通电的导体（半导体）放在磁场中，电流I与磁场B方向垂直，在导体另外两侧会产生感应电动势，这种现象称霍尔效应。 1878年美国物理学家霍尔首先发现金属中的霍尔效应，因为太弱没有得到应用。随着半导体技术的发展，人们发现半导体材料的霍尔效应非常明显，并且体积小有利于集成化。霍尔传感器是基于霍尔效应 7.2 霍尔式传感器 7.2.1 霍尔效应 传感器原理及应用 第7章???????磁电式传感器 在磁场作用下导体中的自由电子做定向运动。 每个电子受洛仑兹力作用被推向导体的另一侧： 霍尔电场 霍尔电场作用于电子的力 7.2 霍尔式传感器 7.2.1 霍尔效应 传感器原理及应用 第7章???????磁电式传感器 当两作用力相等时电荷不再 向两边积累达到动态平衡： 通过（半）导体薄片的电流I与下列因素有关： 载流子浓度n，电子运动速度v，导体薄片横截面积 b*d， e 为电子电荷量。 霍尔电势： 7.2 霍尔式传感器 7.2.1 霍尔效应 传感器原理及应用 第7章???????磁电式传感器 代入后： 与薄片尺寸有关 与材料有关 霍尔灵敏度 霍尔常数 式中：ρ—电阻率、n—电子浓度 μ—电子迁移率μ=υ/E 单位电场强度作用下载流子运动速度。 霍尔电势与电流和磁场强度的乘积成正比 7.2 霍尔式传感器 7.2.1 霍尔效应 传感器原理及应用 第7章???????磁电式传感器 讨论： 任何材料在一定条件下都能产生霍尔电势，但不是都可 以制造霍尔元件; 绝缘材料电阻率ρ很大，电子迁移率μ很小，不适用； 金属材料电子浓度n很高，RH很小，UH很小; 半导体材料电阻率ρ较大 RH大，非常适于做霍尔元件， 半导体中电子迁移率一般大于空穴的迁移率，所以霍尔 元