传感器原理第七章-磁电传感器.pdfVIP

第七章 磁电传感器 第一节 霍尔传感器 一、霍尔效应 二、霍尔元件的基本特性 三、测量电路 四、误差及其补偿 五、集成霍尔传感器 六、霍尔传感器的应用 第二节 磁敏电阻 一、磁阻效应 二、磁敏电阻的基本特性 三、磁敏电阻的应用 第三节 磁敏二极管和磁敏三极管 一、磁敏二极管 二、磁敏三极管 三、磁敏管的应用 第七章 磁电传感器 磁电传感器可分为两大类，一类是基于铁芯线圈电磁 感应原理的磁电感应式传感器，一类是基于半导体材料磁 敏效应的磁敏传感器。本章将介绍目前常见的几种半导体 材料磁敏效应器件及其传感器，即霍尔元件、磁敏电阻、 磁敏二极管及磁敏三极管。 第一节 霍尔传感器 霍尔是美国的一位物理学家，他在1879年首先在金属 材料中发现了霍尔效应，但由于金属材料的霍尔效应太弱 而没有得到应用，后来人们发现某些半导体材料的霍尔效 应十分显著，因而制成相应的霍尔元件，广泛用于电磁测 量、计数器、转速计、位移及无触点开关等。 一、霍尔效应 如图7－1所示，在(金属）半导体薄片上垂直施加磁 场B，在薄片两短边b方向通入控制电流I，则在薄片两长 边L方向产生电动势，这种现象称之为霍尔效应，该电动 势称为霍尔电压U ，该半导体薄片称为霍尔元件。 H 图7－1 霍尔效应原理图 图7－1中，v 表示半导体中电子在控制电流I作用下 的运动方向和速度，F 表示电子受到磁场的洛伦兹力 ， L 其大小为 F L qvB (7-1) 式中q 为电子的电荷量， F 方向符合左手掌定则, L 运动电子在洛伦兹力F 的作用下，电子以抛物线形式向一 L 侧运动，致使在霍尔元件的两长边积累起等量的正、负电 荷，形成霍尔电场，该电场对随后的电子施加一电场力FE F 表示该霍尔电场的电场力；当霍尔电场力F 与洛伦兹 E E 力F 相等时，电荷积累达到动态平衡。 L F =qE =U / b E H h F qvB −F −qU / b L E h I=-nqvbd 霍尔电压U 的大小为 H R L H ⎛ ⎞ U H IBf H ⎜ ⎟ （7－2） d b ⎝ ⎠ 3 式中 R —霍尔常数（m /c） H ⎛L⎞ f H ⎜ ⎟ —霍尔元件形状系数 ⎝b⎠ d —霍尔元件厚度（m） L —霍尔元件长度（m） b —霍尔元件宽度（m） I —控制电流（A）