第7章 磁敏式传感器.ppt

主要内容 7.1 霍尔传感器 7.2 集成霍尔传感器 7.3 磁敏电阻器 7.4 磁敏二极管和磁敏三极管 7.5 磁敏式传感器的应用 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端通入电流I，根据霍尔效应，左半部产生霍尔电势VH1，右半部产生霍尔电势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。 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，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。 N+ N+ e P+ x r b y c I N+ N+ e P+ x I r b c H- y 图7-25 磁敏三极管工作原理 N+ N+ e P+ x I r b c y H+ N+ N+ e P+ x I r b c H- y N+ N+ e P+ x r b y c I （a） (b) (c) 由此可知、磁敏三极管在正、反向磁场作用下，其集电极电流出现明显变化。这样就可以利用磁敏三极管来测量弱磁场、电流、转速、位移等物理量。 与普通晶体管的伏安特性曲线类似。由图可知，磁敏三极管的电流放大倍数小于1。 (1) 伏安特性 2. 磁敏三极管的主要特性 Ib=0 Ib=5mA 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 2 4 6 8 10 Uce/V Ic/mA Ib=4mA Ib=3mA Ib=2mA Ib=1mA Uce/V Ib=3mA,B=-1kG 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 2 4 6 8 10 Ic/mA Ib=3mA,B=0 Ib=3mA,B=1kG (1)为不受磁场作用时 (2)磁场为?1kGs 基极为3mA (2) 磁电特性 磁敏三极管的磁电特性是应用的基础，右图为 国产NPN型3BCM (锗)磁敏三极管 的磁电特性，在 弱磁场作用下， 曲线接近一条直线。 -3 -2 -1 1 2 3 4 5 B/0.1T ΔIc/mA 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 图7-27 3BCM 磁敏三极管的磁电特性 (3) 温度特性及其补偿 磁敏三极管对温度比较敏感，使用时必须进行温度补偿。对于锗磁敏三极管如3ACM、3BCM，其磁灵敏度的温度系数为0.8％/0C；硅磁敏三极管(3CCM)磁灵敏度的温度系数为-0.6％/0C 。因此，实际使用时必须对磁敏三极管进行温度补偿。 具体补偿电路如图所示。 当温度升高时，V1管集 电极电流IC增加．导致 Vm管的集电极电流也增 加，从而补偿了Vm管因 温度升高而导致IC 的下降。 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。 EC R1 μA mA V1 Vm Re R2 补偿电路(a) 利用锗磁敏二极管电流随温度升高而增加的特性，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。 W Vm U0 EC 补偿电路( b) 下图是采用两只特性一致、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。 U0 W1 RL Vm1 Vm2 EC W2 RL Re 补偿电路 ( c) （4）频率特性 3BCM锗磁敏三极管对于交变磁场的频率响应特性为10kHz。 （5）磁灵敏度 磁敏三极管的磁灵敏度有正向灵敏度h+和负向灵敏度h-两种。其定义如下： 7.5 磁敏式传感器的应用 7.5.1 霍尔式传感器的典型应用 例7-1 检测磁场 检测磁场是霍尔式传感器最典型的应用之一。将霍尔器件做成各种形式的探头，放在被测磁场中，使磁力线和器件表面垂直，通电后即可输出与被测磁场的磁感应强度成线性正比的电压。 例7-2 霍尔位移传感器 （5） 利用补偿电桥进行补偿 调节电位器W1可以消除不等位电势。 电桥由温度系数低的电阻构成，在某一桥臂电阻上并联一热敏电阻。温度变化时，热敏电阻将随温度变化而变化，电桥 的输出电压相应变化， 仔细调节，即可补偿霍 尔电势的变化，使其输 出电压与温度基本无关。 w1 w2 E1 w3 R2 R3