第6章固態(tài)傳感器(已修改)
2025-08-01 12:23 本頁(yè)面
【正文】 第 6章 固態(tài)傳感器 ?固態(tài)傳感器利用某些固體材料的機(jī)械、電、磁等的物性型變化來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的直接測(cè)量。制造固態(tài)傳感器的固體材料以半導(dǎo)體材料 用得最多。 ?本章主要對(duì)利用半導(dǎo)體技術(shù)制造的磁敏、濕敏等幾類固態(tài)傳感器的原理及相關(guān)特性進(jìn)行介紹。 第 6章 固態(tài)傳感器 第 6章 固態(tài)傳感器 磁敏傳感器 濕敏傳感器 其他固態(tài)傳感器 霍爾式傳感器 其他磁敏傳感器 磁敏傳感器 磁敏傳感器 ?磁敏傳感器是把磁物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器，大多是基于載流子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)的機(jī)理實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)物理量的信號(hào)檢測(cè)。 ?它的應(yīng)用可以分為 直接應(yīng)用 和 間接應(yīng)用 兩類，前者包括測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度的各種磁場(chǎng)計(jì)，如地磁的測(cè)量、磁帶和磁盤信號(hào)的讀出、漏磁探傷、磁控設(shè)備等；后者是指利用磁場(chǎng)作為媒介來(lái)探測(cè)非磁信號(hào)，如無(wú)接觸開(kāi)關(guān)、無(wú)觸點(diǎn)電位器等等。 霍爾式傳感器 霍爾效應(yīng)與霍爾元件 1 霍爾元件基本特性 2 霍爾式傳感器的應(yīng)用 3 霍爾效應(yīng)和霍爾元件 一塊長(zhǎng)為 l、寬為 b、厚為 d的半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B的磁場(chǎng) (磁場(chǎng)方向垂直于薄片 )中，當(dāng)有電流 I流過(guò)時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì) Un。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)?；魻柺絺鞲衅魇怯苫魻栐M成。 霍爾效應(yīng)和霍爾元件 dIBRUHH ??令 則 (61) (62) (63) HH RKd? HHU K IB?? RH為霍爾傳感器的霍爾常數(shù)，其大小由載流材料的物理性質(zhì)決定。霍爾元件的靈敏度不僅與元件材料的霍爾系數(shù)有關(guān)，還與霍爾元件的幾何尺寸有關(guān)， 一般要求霍爾元件靈敏度越大越好 。 ? 若磁場(chǎng) B和霍爾元件平面的法線成一角度 θ，則作用于霍爾元件的有效磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B cosθ，因此： c osHHU K IB ?? (64) 霍爾效應(yīng)和霍爾元件 控制電流級(jí) 霍爾電極 a、 b兩根引線稱為控制電流端引線，其焊接處稱為控制電流極（或稱激勵(lì)電極）。 c、 d兩根霍爾輸出引線，其焊接處稱為霍爾電極（要求歐姆接觸）。 霍爾效應(yīng)和霍爾元件 霍爾元件基本特性 輸入電阻和輸出電阻 輸入電阻指控制電流極間的電阻值。 輸出電阻指霍爾電極間的電阻值。 額定激勵(lì)電流和最大允許激勵(lì)電流 使霍爾元件溫升 10℃ 所施加的控制電流值稱為額定激勵(lì)電流。以霍爾片允許最大溫升為限制所對(duì)應(yīng)的電流稱為最大允許激勵(lì)電流。 不等位電勢(shì) 當(dāng)霍爾元件通以額定激勵(lì)電流 IH而不加外磁場(chǎng)時(shí)它的霍爾輸出端之間仍有空載電勢(shì)存在，該電勢(shì)就稱為不等位電勢(shì)。 霍爾元件基本特性 不等位電勢(shì)的補(bǔ)償 產(chǎn)生不等位電勢(shì)的原因主要有：霍爾電極安裝位置不對(duì)稱或不在同一等電位面上。此外，材質(zhì)不均勻、幾何尺寸不均勻等原因?qū)Σ坏任浑妱?shì)也有一定的影響?？梢园鸦魻栐刃閳D 65所示的電橋電路。根據(jù) A、 B兩點(diǎn)電位的高低，判斷應(yīng)在某一橋臂上并聯(lián)一定的電阻 。 霍爾元件基本特性 常見(jiàn)的幾種補(bǔ)償電路如圖 66所示，其中圖 66（ c）相當(dāng)于在等效電橋的兩個(gè)橋臂上同時(shí)并聯(lián)電阻，調(diào)整比較方便。 ?霍爾元件與一般半導(dǎo)體器件一樣， 對(duì)溫度變化十分敏感 。霍爾元件靈敏度系數(shù)與溫度的關(guān)系可寫成： ?KH0表示溫度 T0時(shí)的 KH值；△ T=TT0表示溫度變化值； α為霍爾元件靈敏度的溫度系數(shù) ?為了減小霍爾元件的溫度誤差，除選用溫度系數(shù)小的元件或采用恒溫措施外，還可以采用其他措施。 0 ( 1 )HHK K T?? ? ?(66) 霍爾元件基本特性 ?保持 KHI 乘積不變，抵消靈敏度系數(shù) KH因溫度增加的影響?；谶@一思想，可以采用圖 67所示的補(bǔ)償電路。 ?設(shè)在某一基準(zhǔn)溫度 T0時(shí)，恒流源輸出電流為 I，霍爾元
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