半导体磁敏传感器讲解.pptx

第九章 半导体磁敏 传感器;简 介;9.1.1 霍尔效应;所以，霍尔电压UH可表示为 UH = EH b = vBb (9-3);流过霍尔元件的电流为 I = dQ / dt = bdvnq 得： v =I / nqbd (9-4) ;;9.1.2 霍尔元件的构造及测量电路;1 构 造;霍尔片是一块半导体单晶薄片(一般为4mm×2mm×0.1mm)，它的长度方向两端面上焊有a、b两根引线，通常用红色导线，其焊接处称为控制电极；在它的另两侧端面的中间以点的形式对称地焊有c、d两根霍尔输出引线，通常用绿色导线，其焊接处称为霍尔电极。霍尔元件的壳体是用非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装。目前最常用的霍尔元件材料有锗(Ge)、硅(Si)、锑化铟(InSb)、砷化铟(InAs)等半导体材料。;2 测量电路;9.1.3 霍尔元件的主要特征参数;4.不平衡电势U0和不等位电阻r0 在额定控制电流I下，不加磁场时霍尔电极 间的空载霍尔电势。不等位电势与额定激励 电流之比称为不等位电阻ro;5.霍尔温度系数α 在一定的磁感应强度和控制电流下，温度变化1°C时，霍尔电势变化的百分率。;9.1.4 霍尔元件的测量误差和补偿;几种常用补偿方法; 图9-4 恒流源温度补偿电路;当负载电阻比霍尔元件输出电阻大得多时，输出电阻变化对霍尔电压输出的影响很小。在这种情况下，只考虑在输入端进行补偿即可。 若采用恒流源，输入电阻随温度变化而引起的控制电流的变化极小，从而减少了输入端的温度影响。;霍尔线性集成传感器广泛用于位置、力、重量、厚度、速度、磁场、电流等的测量或控制。;例9-1 检测磁场;;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端通人电流I，根据霍尔效应，左半部产生霍尔电势VH1，右半部产生露尔电势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。;例9-2 霍尔转速传感器;9.2.1 磁阻效应 当载流导体置于磁场中，其电阻会随磁场而变化的现象。;电阻率的相对变化;9.2.2 磁敏电阻的结构;（a） （b）;图9-11（C） 圆盘形磁阻器件;9.3.3 磁阻元件的主要特性;2. 电阻 — 温度特性;磁敏二极管的P型和N型电极由高阻材料制成，在P、N之间有一个较长的本征区I。本征区I的一面磨成光滑的无复合表面（为I区），另一面打毛，设置成高复合区（为r区），因为电子—空穴对易于在粗糙表面复合而消失。;+;当磁敏二极管末受到外界磁场作用时，外加正向偏压后，则有大量的空穴从P区通过I区进入N区，同时也有大量电子注入P区，形成电流。只有少量电子和空穴在I区复合掉。;当磁敏二极管受到外界正向磁场作用时，则电子和空穴受到洛仑兹力的作用而向r区偏转，由于r区的电子和空穴复合速度比光滑面I区快，因此，形成的电流因复合速度而减小。;当磁敏二极管受到外界反向磁场作用时，电子和空穴受到洛仑兹力的作用而向I区偏移，由于电子和空穴复合率明显变小，因此，电流变大。 ;利用磁敏二极管在磁场强度的变化下，其电流发生变化，于是就实现磁电转换。; （三）、磁敏二极管的主要特性;2.伏安特性：磁敏二极管正向偏压和通过其上电流的关系。 不同磁场强度H作用下，磁敏二极管伏安特性不同。例锗磁敏二极管的伏安特性。;3.温度特性：在标准测试条件下，输出电 压变化量随温度的变化。 一般比较大。实际使用必须进行温度补偿。 硅管的使用温度是-40oC~±85oC，锗管是 -40~±65oC。;图9-22 温度补偿电路;1. 磁敏三极管的结构与工作原理;当磁敏三极管末受磁场作用时，由于基区 宽度大于载流子有效扩散长度，大部分载 流子通过e-I-b形成基极电流，少数载流子输入到c极。因 而形成基极电流 大于集电极电流 的情况，使β＜l。; 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。;图9-25 磁敏三极管工作原理;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。;(2) 磁电特性;(3) 温度特性及其补偿