第5章 磁学量传感--磁敏二极管、三极管（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（清华大学）

一、集成式霍尔磁敏传感器 二、磁敏二极管和磁敏三极管 三、应用 第5章 新型磁敏传感器 一、霍尔磁敏传感器 （一）霍尔效应 通电的导体或半导体，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势的现象。 + I + + + + + + + + + + + － － － － － － Ｂ l w d 霍尔效应原理图 VH 2 （二）霍尔磁敏传感器工作原理 当磁场和环境温度一定时: 霍尔电势与控制电流I成正比 当控制电流和环境温度一定时: 霍尔电势与磁场的磁感应强度B成正比 当环境温度一定时: 输出的霍尔电势与I和B的乘积成正比 测量以上电阻时，应在没有外磁场和室温变化的条件下进行。 上一页 下一页 返 回 霍尔器件片 a)实际结构(mm)；(b)简化结构；(c)等效电路 外形尺寸:6.4×3.1×0.2;有效尺寸：5.4×2.7×0.2 （三）霍尔磁敏传感器（霍尔器件） d s l （b） 2.1 5.4 2.7 A B 0.2 0.5 0.3 C D （a） w 电流极 霍尔电极 R4 A B C D R1 R2 R3 R4 （c） 控制电流I； 霍尔电势VH； 控制电压V； 输出电阻R2； 输入电阻R1； 霍尔负载电阻R3； 霍尔电流IH。 图中控制电流I由电源E供给,R为调节电阻,保证器件内所需控制电流I。霍尔输出端接负载R3,R3可是一般电阻或放大器的输入电阻、或表头内阻等。磁场B垂直通过霍尔器件,在磁场与控制电流作用下，由负载上获得电压。 VH R3 V B I E IH 霍尔器件的基本电路 R 实际使用时,器件输入信号可以是I或B，或者IB,而输出可以正比于I或B, 或者正比于其乘积IB。 霍尔开关集成传感器是利用霍尔效应与集成电路技术结合而制成的一种磁敏传感器，它能感知一切与磁信息有关的物理量，并以开关信号形式输出。霍尔开关集成传感器具有使用寿命长、无触点磨损、无火花干扰、无转换抖动、工作频率高、温度特性好、能适应恶劣环境等优点。 （四） 霍尔开关集成传感器 由稳压电路、霍尔元件、放大器、整形电路、开路输出五部分组成。 稳压电路可使传感器在较宽的电源电压范围内工作；开路输出可使传感器方便地与各种逻辑电路接口。 1．霍尔开关集成传感器的结构及工作原理 霍尔开关集成传感器内部结构框图 2 3 输出 + － 稳压 VCC 1 霍尔元件 放大 BT 整形 地 H 7 3020T 输出 Vout R=2kΩ +12V 1 2 3 （b）应用电路 （a）外型 霍尔开关集成传感器的外型及应用电路 1 2 3 ①磁铁轴心接近式 在磁铁的轴心方向垂直于传感器并同传感器轴心重合的条件下， 霍尔开关集成传感器的L1-B关系曲线 N S AlNiCo 磁铁Ф6.4×32 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20 距离L1/mm B/T L1 随磁铁与传感器的间隔距离的增加,作用在传感器表面的磁感强度衰减很快。当磁铁向传感器接近到一定位置时,传感器开关接通,而磁铁移开到一定距离时开关关断。应用时,如果磁铁已选定,则应按具体的应用场合,对作用距离作合适的选择。 （2）给传感器施加磁场的方式 9 ②磁铁侧向滑近式 要求磁铁平面与传感器平面的距离不变，而磁铁的轴线与传感器的平面垂直。磁铁以滑近移动的方式在传感器前方通过。 霍尔开关集成传感器的L2-B关系曲线 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20 B/T N S 空隙2.05 AlNiCo 磁铁 Ф6.4×32 L2 距离L2/mm 10 ③采用磁力集中器增加传感器的磁感应强度 在霍尔开关应用时，提高激励传感器的磁感应强度是一个重要方面。除选用磁感应强度大的磁铁或减少磁铁与传感器的间隔距离外，还可采用下列方法增强传感器的磁感应强度。 S N 磁力集中器 传感器 磁铁 磁力集中器安装示意图 S N 磁力集中器 传感器 磁铁 铁底盘 在磁铁上安装铁底盘示意图 11 霍尔开关集成传感器的应用领域：点火系统、保安系统、转速、里程测定、机械设备的限位开关、按钮开关、电流的测定与控制、位置及角度的检测等等 2.霍尔开关集成传感器的应用领域 二、磁敏二极管和磁敏三极管 磁敏二极管、三极管是继霍尔元件和磁敏电阻之后迅速发展起来的新型磁电转换元件。它们具有磁灵敏度高（磁灵敏度比霍尔元件高数百甚至数千倍）；能识别磁场的极性；体积小、电路简单等特点，因而正日益得到重视；并在检测、控制等方面得到普遍应用。 （一）磁敏二极管的工作原理