1、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 52 霍尔实验,5.2 霍尔元件,图 53 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
2、尔效应的因素,图 54 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 55 UH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 56 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UHI特性)。,5.2.5 霍尔元件基本特性,图 57 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
3、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 58 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 59 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 510 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 511 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 513 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
4、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 514 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 515 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 516 霍尔开关集成传感器的工作特性曲线,图 517 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 518 单端输出线性霍尔集成传感器,5.2.8 霍尔集成电路,图 519 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
5、传感器的结构和工作原理,图 520 单端输出特性,5.2.8 霍尔集成电路,图 521 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 522 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 523 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 524 几何磁阻效应实验结果,作用机理,5.3.1 磁阻效应,图 525 两种载流子的磁电阻效应图,5.3.1 磁阻效应,图 526 不同形状样品磁电阻效应图 （a）长方形（lw
6、）(b) 长方形（lw）（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 InsbNisb共晶磁阻元件,图 530 InsbNisb共晶磁阻元件,磁敏电阻的温度补偿,5.3.2 磁阻元件,图 531磁阻和温度的关系 图 532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 533 非接触式交流电流监视器电路,5.3.3 磁敏电阻的应用,图 534 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 535 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
7、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 536 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 537 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 538 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 539 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
8、二极管的主要特征,图 540 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 541 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 542 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 543 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
9、理,图 545 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 546 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 547 3BCM磁敏三极管电磁特性,温度特性,图 548 3BCM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 51 3BCM型锗磁敏三极
10、管参数表,5.4.2.4 常用磁敏管的型号和参数,表 52 3CCM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 549 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 550 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 551 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 552 压磁式压力传感器结构,5.7 新型磁传感器,M
11、OS磁敏器件,图 553 分漏磁敏MOS管工作原理,图 554 CMOS磁敏管原理图,5.7 新型磁传感器,图 555 CMOS管输出电压与磁感应强度关系曲线,5.7 新型磁传感器,图 556 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 557 磁性编码器的结构示意图,5.7 新型磁传感器,图 558 磁阻元件与磁鼓的关系图,图 559 磁阻元件的电路连接图,涡流传感器,5.7 新型磁传感器,图 560 谐振电路,韦根德磁敏器件,图 561 韦根德丝的两种磁化状态,图 562 韦根德丝触觉传感器,5.7 新型磁传感器,磁通门传感器,图 563 环形铁心磁通门,5.7 新型磁传感器,表 53 部分永磁材料的技术参数,5.7 新型磁传感器,
