安全生产管理制度

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1、第八章 霍尔传感器本章主要内容：本章主要介绍霍尔元件的结构原理及实际应用。第一讲 霍尔效应和霍尔元件教学目的要求：1.掌握霍尔效应的概念原理。 2.理解霍尔元件的测量电路。 3.深入了解霍尔元件的特性参数。教学重点：霍尔元件的测量电路，霍尔元件的特性参数教学难点：霍尔元件的特性参数教学学时：2学时教学内容：一、 霍尔效应1. 定义：位于磁场中的静止载流导体，当其电流I的方向与磁场强度H的方向之间有夹角时，则在载流导体中平行与H、I的两侧面之间将产生电动势，这一物理现象称为霍尔效应。2. 霍尔电势：如图8-1所示，把一块长为l，宽为b，厚度为d的N型半导体，置于磁感应强度为B的外磁场中，当半导体

2、中通以电流时，半导体中的自由电荷（电子）受到磁场中洛仑兹力FL和电场力的作用： 图8-1 霍尔效应原理动态平衡时：则有： 式中，霍尔系数（m3/C）霍尔器件的灵敏系数 说明：霍尔电势与激励电流和元件所在位置的磁感应强度的乘积成正比。二、霍尔元件和测量电路霍尔元件霍尔元件的结构如图8-2所示。图中的矩形薄片状的立方晶体称为基片，在它的两垂侧面上各装有一对电极，电极1-1用以加激励电压或流过激励电流，故称为激励电极，电极2-2作为霍尔电势UH的输出，故称为霍尔电极，基片的尺寸要求厚度d越薄越好，d越薄，霍尔元件的灵敏系数 越大，在基片外面用金属或陶瓷、环氧树脂封装作为外壳。图8-3是霍尔元件的通用

3、图形符号。 图8-2 外形结构示意图 图8-3 图形符号 霍尔电极在基片上的位置及它的宽度对霍尔电势UH数值影响很大。通常霍尔电极位于基片长度的中间，其宽度应远小于基片的长度。2霍尔元件的测量电路8-5基本测量电路 (a) 直流激励 (b) 交流激励 图8-6 霍尔元件的输出电路 三、 霍尔元件的主要特性参数1输入电阻Ri和输出电阻Ro定义霍尔元件激励电极之间的电阻称为输入电阻Ri。霍尔元件的霍尔电极输出的是霍尔电势，对外它是一个等效的电压源，这就需要知道霍尔电极之间的电阻，这个电阻称为输出电阻Ro。2额定激励电流IN和最大允许激励电流Imax霍尔元件在空气中产生的温升为10时，所对应的激励电

4、流称为额定激励电流IN。以元件允许的最大温升为限制，所对应的激励电流称为最大允许激励电流Imax。3不等位电势和不等位电阻不等位电势；当霍尔元件的激励电流为额定值IN时，若元件所处位置的磁感应强度为零，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为不等位电势。产生原因：不等位电势是由于两个霍尔电极安装时不在同一个电位面上所致，如图8-7所示。不等位电阻：由图中可看出，不等位电势是由于霍尔电极2和2之间的电阻为不等位电阻。 图 8-7 不等位电势和不等位电不等位电势的补偿方法：加电桥调零电位器4交流不等位电势与寄生直流电势产生交流不等位电势的原因与不等位电势相同，而寄生直流电势

5、的产生则是由于：（1）霍尔电极与基片间的非完全欧姆接触而产生的整流效应。（2）霍尔电极与基片间的非完全欧姆接触而产生的整流效应，使激励电流中包含有直流分量，通过霍尔元件的不等位电势的作用反映出来。一般情况下，不等位电势越小，寄生直流电势也越小。（3）当两个霍尔电极的焊点大小不同时，由于它们的热容量、热耗散等情况的不同，引起两电极温度不同而产生温差电势，也是寄生直流电势的一部分。寄生直流电势可用图8-8所示电路测量，经变压器降压后的交流电源供给霍尔元件的激励电流，直流电位差计UJ-30的显示灵敏度应大于10-7V。图8-8 测量寄生直流电势的电路图5霍尔电势温度系数在一定磁感应强度和激励电流下，

6、温度每变化1时，霍尔电势变化的百分率，称为霍尔电势温度系数。6霍尔灵敏系数KH在单位控制电流和单位磁感应强度作用下，霍尔器件输出端的开路电压，称为霍尔灵敏系数KH，霍尔灵敏系数KH的单位为V/（AT）。四、 霍尔器件的材料选择霍尔器件常用锗、硅、砷化镓、砷化铟及锑化铟等半导体材料制作。砷化镓的霍尔系数大，电子迁移率也较高，禁带宽度大，则温度稳定特性好，N型硅的工作温度范围较宽，一般在-100+170，N型锗易加工制作，综合性能较好；锑化铟和砷化铟的电子迁移率高，霍尔系数小。本 讲 小 结位于磁场中的静止载流导体，当电流I的方向与磁场强度H的方向垂直时，则在载流导体中平行与H、I的两侧面之间将产生电动势，这个电动势称为霍尔电势，这种物理现象称为霍尔效应。利用霍尔效应原理制成的传感器称为霍尔传感器。描述霍尔器件的性能指标有输入电阻和输出电阻、额定激励电流和最大允许激励电流、不等位电势和不等位电阻、交流不等位电势与寄生直流电势、霍尔电势温度系数、霍尔灵敏系数等。作业1、 试述霍尔效应的定义。2、 试说明霍尔系数的物理意义。3、 试述霍尔传感器的主要参数。 5 / 5文档可自由编辑打印