【文章內(nèi)容簡介】 路，應(yīng)用時最好外加穩(wěn)壓電路及溫度補(bǔ)償措施。 六、霍爾傳感器的應(yīng)用 霍爾傳感器由于結(jié)構(gòu)簡單、體積小、動態(tài)特性好、工作壽命長等特點，因而在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 1． 高斯計 如圖 7－ 11所示，將霍爾元件垂直置于磁場 B 中，輸入恒定的控制電流 I，則霍爾輸出電壓 UH 正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度 B，用此方法可以測量恒定或交變磁場的高斯數(shù)。 圖 7－ 11 高斯計原理圖 (測恒定、交變磁場）圖 7－ 12 電流計原理圖 2． 電流計 如圖 7－ 12所示 ， 將霍爾元件垂直置于磁環(huán)開口氣隙中 ， 讓載流導(dǎo)體穿過磁環(huán) ， 由于磁環(huán)氣隙的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 與待測電流 I成正比 ， 當(dāng)霍爾元件控制電流 IH一定時 ， 霍爾輸出電壓 UH 則正比于待測電流 I， 這種非接觸檢測安全簡便 ， 適用于高壓線電流檢測 。 B=f(I) UH= KH IHf(I) 圖 7－ 13 轉(zhuǎn)速計原理圖 3． 轉(zhuǎn)速計 如圖 7－ 13所示，將霍爾元件移置旋轉(zhuǎn)盤下邊，讓轉(zhuǎn)盤上小磁鐵形成的磁力線垂直穿過霍爾元件；當(dāng)控制電流I 一定時，霍爾輸出電壓 UH 決定于小磁鐵的磁場。 由于小磁鐵固定在旋轉(zhuǎn)盤上，當(dāng)旋轉(zhuǎn)盤隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，霍爾元件上獲得周期變化的磁脈沖，因而產(chǎn)生相應(yīng)的霍爾脈沖電壓，此脈沖電壓單位時間內(nèi)的個數(shù)，正比于轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)速度，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的檢測；轉(zhuǎn)盤上磁鐵對數(shù)越多，傳感器測速的分辨率越高。 （周期脈沖） 圖 7－ 14 開門報警器電路圖 4． 霍爾開關(guān) 霍爾開關(guān)不但動態(tài)特性好，而且環(huán)境適應(yīng)性好，既無機(jī)械磨損，又無觸點燒蝕缺陷，因而在自動控制及報警器電路中得到廣泛應(yīng)用。圖 7－ 14是一個開門報警器電路。 使用 開門報警器時 ， TL3019霍爾傳感器裝在門框上 ，磁鐵裝在門板上 ， 門關(guān)閉時 TL3019輸出保持低電平；門打開時 TL3019輸出電平由低變高 ， 此正脈沖經(jīng) F電容延時后加到 TLC555單穩(wěn)態(tài)定時器的控制端 5和復(fù)位端 4上 ， 起動定時器循環(huán)控制 ， 使發(fā)光管 TIL220發(fā)光 、 壓電報警器發(fā)聲 ， 形成聲 、 光報警 。 圖中定時器引腳 6和 7接 F電容和 ， 決定 TLC555的 RC 時間常數(shù) ， 即決定聲 、光報警器發(fā)出聲 、 光時間的長短 （ 約 5秒 ） 。 第二節(jié) 磁敏電阻 磁敏電阻系指利用半導(dǎo)體磁阻效應(yīng)研制而成的對磁場敏感的元件。如同電阻一樣，磁敏電阻也只有兩個端子、結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，因而獲得多方面應(yīng)用。 一、磁阻效應(yīng) 某些半導(dǎo)體材料在磁場作用下，不但產(chǎn)生霍爾效應(yīng)，而且其電阻值也隨磁場變化，這種現(xiàn)象稱之為磁阻效應(yīng) 。引起電阻變化的原因有二，其一是材料的 電阻率隨磁場增加而增加，稱為 磁阻率效應(yīng) ；其二是 在磁場作用下，通過磁敏電阻電流的路徑變長，如圖 7－ 15所示，因而電極間電阻值增加，這種現(xiàn)象稱為 幾何磁阻效應(yīng) 。目前實用的磁阻元件主要是利用半導(dǎo)體的幾何磁阻效應(yīng)。 圖 7－ 15 幾何磁阻效應(yīng)示意圖 （ a） L/W＜ 1 （ b） L/W＞ 1 （ c）柯比諾元件 半導(dǎo)體材料的幾何磁阻效應(yīng)與材料的幾何形狀和尺寸有關(guān) ， 如圖 7－ 16所示 。 由于柯比諾元件為盤形元件 ，其兩電極為圓盤中心和圓周邊 ， 電流在兩電極間流動時 ，受磁場影響而呈渦旋形流動 ， 霍爾電場無法建立 ， 因而柯比諾元件可以獲得最大磁阻效應(yīng) ， 但其電阻值太小實用價值不大 。 將長方形磁阻元件的 L/W比值減小 ， 磁阻效應(yīng)RB/R0也相應(yīng)增大 ， 但零磁場下的電阻值 R0也要變小 。 圖 7－ 16 幾何形狀與磁阻變化特性 為了獲得較大的磁阻效應(yīng)而又有足夠大的 R0， 實際上采用 L/W＜ 1的多個元件串聯(lián) ， 如圖 7－ 17所示平面電極磁敏電阻 。 圖 7－ 17 平面電極磁敏電阻 平面電極磁敏電阻通常是在銻化銦（ InSb）半導(dǎo)體薄片上，用光刻的方法制作多個平行等間距的金屬條構(gòu)成柵格 ,這相當(dāng)于多個 L/W＜ 1的長方形 InSb薄片磁阻元件串聯(lián) ,增加了零磁場電阻 R0 ,片與片之間為金屬導(dǎo)體， 把霍爾電壓短路，不能形成電場力，電子運動方向總是斜的，電阻增加的很多，即可以獲得較高的磁阻效應(yīng)。 圖 7－ 18 磁阻特性曲線 二 、 磁敏電阻的基本特性 1． 磁阻靈敏度 通常把磁敏電阻的比值 RB/R0稱為磁敏電阻的靈敏度 ，其中 R0為無磁場時磁阻元件的阻值 ， RB是磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 時磁阻元件的阻值 。 2． 磁阻特性 磁敏電阻的磁阻特性指的是其阻值 R 隨磁感應(yīng)強(qiáng)度B 變化的特性。特性曲線如圖 7－ 18所示，縱坐標(biāo)為磁阻靈敏度 RB/R0 ，橫坐標(biāo)為磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 。由特性曲線可知，磁阻元件對正、負(fù)磁場的作用具備相同的靈敏度 。 3． 磁阻溫度系數(shù) 磁阻溫度系數(shù)是指溫度每變化 1℃ ， 磁敏電阻的相對變化量 。 磁阻元件一般都是用半導(dǎo)體 InSb制作 ， 其磁阻受溫度影響較大 。 圖 7－ 19 兩磁阻元件串聯(lián) 三端差分型 InSb電阻 為了改善磁阻溫度特性，方法之一 是在 InSb晶體中摻入一定量的銻化鎳 NiSb，形成InSb－ NiSb共晶磁阻元件 ,但摻雜后將導(dǎo)致磁阻靈敏度下降；方法之二 是采用兩個磁阻元件串聯(lián)，組成差動式輸出，如圖 7－ 19所示，這種方法不但具有溫度補(bǔ)償功能，而且使靈敏度得到提高。 圖 7－ 20是利用三端差動輸出式 InSb磁敏電阻構(gòu)成的直線位移傳感器 。 三、磁敏電阻的應(yīng)用 利用磁敏電阻的磁阻特性，可以應(yīng)用于無觸點電位差計、直線位移傳感器、轉(zhuǎn)速計、非接觸電流監(jiān)視電路等方面。 圖 7－ 20 磁敏電阻測直線位移 初態(tài)時 ， 將磁鐵置于 InSb平面電極磁敏電阻中間位置 ，磁場與 InSb受磁平面垂直 ， 此時輸出電壓為 UO ；位移時 ，磁鐵沿平面方向 X直線左右平移 ， 此時輸出電壓 UO的變化量 Δ UO與直線位移量成正比 。 利用這種原理可以檢測微位移或與微位移有關(guān)的其它非電量 。