第五章 磁敏传感器.ppt

第5章磁敏传感器 第5章磁敏传感器 概述 霍尔元件 半导体磁阻器件 结型磁敏器件 铁磁性金属薄膜磁阻元件 压磁式传感器 新型磁传感器 5 1概述 霍尔元件强磁体薄膜磁阻器件半导体磁阻器件 5 2霍尔元件 霍尔效应 影响霍尔效应的因素 霍尔元件基本结构 霍尔元件基本特性 霍尔元件的电磁特性 霍尔元件不等位电势补偿 霍尔元件温度补偿 霍尔集成电路 霍尔式传感器的应用 f1 ev B式中 e 电子电荷 v 电子运动平均速度 B 磁场的磁感应强度 5 2霍尔元件 图5 2霍尔实验 5 2霍尔元件 图5 3霍尔效应 磁场与元件法线的夹角元件的几何形状 5 2 2影响霍尔效应的因素 图5 4元件尺寸l b与f l b 的关系曲线 5 2 2影响霍尔效应的因素 控制电极对UH的短路作用 图5 5UH随x的变化曲线 霍尔元件基本结构 5 2 3霍尔元件基本结构 图5 6霍尔元件的基本结构 额定激励电流和最大允许激励电流 输入电阻和输出电阻 不等位电势和不等位电阻 寄生直流电势 霍尔电势温度系数 乘积灵敏度K磁灵敏度SB 5 2 4霍尔元件基本特性 霍尔输出电势与控制电流 直流或交流 之间的关系 即UH I特性 5 2 5霍尔元件基本特性 图5 7电流I与霍尔电势UH关系曲线 霍尔输出电势与直流控制电压之间的关系 即UH一V特性 霍尔输出与磁场 恒定或交变 之间的关系 即UH一B特性 5 2 5霍尔元件基本特性 图5 8霍尔元件的开路输出与磁感应强度关系曲线 元件的输入或输出电阻与磁场之间的关系 即R一B特性 5 2 5霍尔元件基本特性 图5 9霍尔元件的输入 或输出 电阻与磁场关系曲线 5 2 6霍尔元件不等位电势补偿 图5 10不等位电势补偿电路 霍尔元件输入电阻温度补偿霍尔元件灵敏系数KH温度补偿热敏电阻补偿法 5 2 7霍尔元件温度补偿 图5 11恒流温度补偿电路 双霍尔元件补偿法霍尔元件输出电阻的温度补偿 图5 13霍尔元件的输出电阻对测量的影响 5 2 7霍尔元件温度补偿 开关型霍尔集成传感器开关型霍尔集成传感器的结构及工作原理 5 2 8霍尔集成电路 图5 14开关型霍尔集成传感器的内部电路及框图 5 2 8霍尔集成电路 图5 15开关型霍尔集成传感器的外形及典型接口电路 开关型霍尔集成传感器的工作特性 5 2 8霍尔集成电路 图5 16霍尔开关集成传感器的工作特性曲线 图5 17双稳态型传感器的工作特性曲线 5 2 8霍尔集成电路 霍尔线性集成传感器霍尔线性集成传感器的结构和工作原理 5 2 8霍尔集成电路 图5 18单端输出线性霍尔集成传感器 5 2 8霍尔集成电路 图5 19双端输出线性霍尔集成传感器 5 2 8霍尔集成电路 霍尔线性集成传感器的结构和工作原理 图5 20单端输出特性 5 2 8霍尔集成电路 图5 21双端输出特性 5 2 9霍尔式传感器的应用 微位移和压力的测量 图5 22霍尔式传感器结构原理图1 弹簧管 2 磁铁 3 霍尔片 5 2 9霍尔式传感器的应用 图5 23霍尔加速度传感器结构原理图 磁场的测量 5 3半导体磁阻器件 磁阻效应 磁阻元件 磁敏电阻的应用 5 3 1磁阻效应 物理磁阻效应几何磁阻效应 图5 24几何磁阻效应实验结果 作用机理 5 3 1磁阻效应 图5 25两种载流子的磁电阻效应图 5 3 1磁阻效应 图5 26不同形状样品磁电阻效应图 a 长方形 l w b 长方形 l w c 科比诺圆盘 5 3 2磁阻元件 长方形磁敏电阻元件栅格磁敏电阻一高灵敏电阻科宾诺元件Insb Nisb共晶磁阻元件 图5 30Insb Nisb共晶磁阻元件 磁敏电阻的温度补偿 5 3 2磁阻元件 图5 31磁阻和温度的关系图5 32差动式元件温度补偿 5 3 3磁敏电阻的应用 非接触式交流电流监视器 图5 33非接触式交流电流监视器电路 5 3 3磁敏电阻的应用 图5 34用MS F06测量交流电流 电机转速测量电路 5 3 3磁敏电阻的应用 图5 35采用磁敏电阻测量电机转速电路 5 4结型磁敏器件 磁敏二极管 磁敏三极管 5 4 1磁敏二极管 磁敏二极管的工作原理磁敏二极管的主要特征磁敏二极管的温度补偿电路磁敏二极管的应用举例 磁敏二极管的结构 5 4 1 1磁敏二极管的工作原理 图5 36磁敏二极管的结构和电路符号 a 结构 b 电路符号 磁敏二极管的工作原理 5 4 1 1磁敏二极管的工作原理 图5 37磁敏二极管的工作原理示意图 5 4 1 2磁敏二极管的主要特征 伏安特性 图5 38磁敏二极管伏安特性曲线 a 锗磁敏二极管 b c 硅二极管 磁电特性 5 4 1 2磁敏二极管的主要特征 图5 39磁敏二极管的磁电特性曲线 a 单个使用时 b 互补使用时 温度特性 5 4 1 2磁敏二极管的主要特征 图5 40磁敏二极管温度特性曲线 单个使用时 频率特性磁灵敏度 5 4 1 2磁敏二极管的主要特征 图5 41锗磁敏三极管频率特性 互补式温度补偿电路 5 4 1 3磁敏二极管的温度补偿电路 图5 42温度补偿电路 热敏电阻补偿电路全桥电路差分式电路 5 4 1 3磁敏二极管的温度补偿电路 5 4 1 4磁敏二极管的应用举例 图5 43无触点电位器的结构示意图 5 4 2磁敏三极管 磁敏三极管的结构与原理磁敏三极管的主要特性磁敏二极管和磁敏三极管的应用常用磁敏管的型号和参数 5 4 2 1磁敏三极管的结构与原理 磁敏三极管的结构磁敏三极管的工作原理 图5 45磁敏三极管工作原理示意图 a H 0 b H H c H H 伏安特性 5 4 2 1磁敏三极管的主要特性 图5 46磁敏三极管伏安特性曲线 磁电特性 5 4 2 1磁敏三极管的主要特性 图5 473BCM磁敏三极管电磁特性 温度特性 图5 483BCM磁敏三极管的温度特性 a 基极电源恒压 b 基极恒流 5 4 2 1磁敏三极管的主要特性 频率特性磁灵敏度 5 4 2 3磁敏三极管的主要特性 5 4 2 1磁敏三极管的主要特性 5 4 2 4磁敏二极管和磁敏三极管的应用 5 4 2 4常用磁敏管的型号和参数 表5 13BCM型锗磁敏三极管参数表 5 4 2 4常用磁敏管的型号和参数 表5 23CCM型硅磁敏三极管参数表 5 5铁磁性金属薄膜磁阻元件 铁磁体中的磁阻效应铁磁薄膜磁敏电阻的结构与工作原理 图5 49铁磁薄膜磁敏电阻结构及工作原理 5 5铁磁性金属薄膜磁阻元件 图5 50强磁性金属膜四端磁敏电阻结构 铁磁薄膜磁敏电阻的技术性能及特点 5 6压磁式传感器 压磁式传成器的基本原理 图5 51压磁式传感器工作原理 压磁传感盟的主要特性激磁绕组的安匝特性输出特性频率响应测量误差 5 6压磁式传感器 压磁式传感器的应用举例 5 6压磁式传感器 图5 52压磁式压力传感器结构 5 7新型磁传感器 MOS磁敏器件 图5 53分漏磁敏MOS管工作原理 图5 54CMOS磁敏管原理图 5 7新型磁传感器 图5 55CMOS管输出电压与磁感应强度关系曲线 5 7新型磁传感器 图5 56两只互补SD MOSFET的CMOS磁敏器件等效电路 5 7新型磁传感器 高分辨率磁性旋转编码器 5 7新型磁传感器 图5 57磁性编码器的结构示意图 5 7新型磁传感器 图5 58