6.МАГНИТНИ СЕНЗОРИ
Таблица 6.1. Основни величини
|
SI единица
|
Извънсистемни единици
|
|
Магнитен поток
|
Weber
|
Wb
|
Maxwell
|
M
|
1 M = 10–8 Wb
|
Индукция B
|
Tesla
|
Т
|
Gauss
|
Gs
|
1 Gs = 10–4 T
|
Интензитет на магнитното поле H
|
Ampere/m
|
A/m
|
Oersted
|
Oe
|
1 Oe = 103/4A/m
|
Магнитодвижещо напрежение F
|
Ampere
|
A
|
Gilbert
|
Gb
|
1 Gb = 1 Oe cm
|
1 Wb = 1 Vs
1T = 1Wb/m2
1 kA/m = 1,25 mT (въздушна среда)
6.1.1.Ефект на Хол
В магнитно поле носител на заряд q изпитва въздействието на силата на Лоренц , където е относителната скорост на заредената частица (спрямо източнка на магнитното поле); е магнитната индукция. Между точките 1 и 2 на електрически проводник, който се движи в магнитното поле се индуцира напрежение
,
|
(6.1)
|
където е елемент от електрическия проводник. В повечето практически реализации векторите , и са разположени перпендикулярно един спрямо друг. Така за проводник с дължина l се получава индукционното напрежение
.
|
(6.2)
|
На фиг. 6.1 е показана полупроводникова пластина (дължина l, широчина b, дебелина d) поставена в магнитно поле с индукция B, през която протича ток I. Положителните и отрицателните носители на заряди при това са със скорост на дрейф v+ > 0, респ. v- < 0 по отношение на избраната посока за x. Върху всеки носител на заряд въздейства сила на Лоренц
, където q = -e за електрони и q = +e за дупки.
Магнитното поле индуцира според уравнение (6.2) перпендикулярно на посоката на В и I напрежението на Хол
|
(6.3)
|
Посоката на B се избира така, че UH да е положително за отрицателни и съответно отрицателно за положителни токоносители.
|
Фиг. 6.1. Полупроводникова пластина (дължина l, широчина b, дебелина d) поставена в магнитно поле с индукция B, през която протича ток I
|
За плътността j на протичащия през пластината ток е в сила зависимостта
,
|
(6.4)
|
където n е концентрацията на носителите, е – елементарен товар, v – скорост на дрейфа, - подвижност.
Оттук за тока през пластината се получава
(bd – напречно сечение).
Като от уравнението се изрази скоростта на дрейф и се замести в уравнението (6.3), за напрежението на Хол се получава:
, където е коефициентът на Хол.
|
(6.5)
|
От (6.4) и връзката се получава
6.1.2.Магниторезистивен ефект
R0 и ΔR0 са параметри, зависещи от използвания материал. ΔR0 е от порядъка на 2 % - 3 %.
|
Фиг. 6.2. Пластина (дължина l, широчина b, дебелина d) от магниторезистивен материал, през която протича ток I
|
|
Фиг. 6.4. Структура на магниторезистор: - вектор на приложеното външно магнитно поле, - вектор на протичащия ток.
|
|
Фиг. 6.5. Съпротивление на магниторезистивен сензор в зависимост от отношението . а) Нелинейна характеристика, б) линеаризирана характеристика.
| 6.2.Основни характеристики и форми на реализиране
Основните характеристики, които се дават от производителя са материалът, работният температурен диапазон, номинален ток, напрежение на Хол (при дадени ток и магнитна индукция), вътрешното съпротивление на генератора на Хол, температурният коефициент на напрежението на Хол, температурен коефициент на съпротивлението (вж. табл. 6.2).
Таблица 6.2. Основни характеристики на сензори на Хол
Сензор
|
KSY10
|
SV200
|
Материал
Номинален ток , IN, mA
Напрежение на Хол, mV (за B = 0,5 T)
Вътрешното съпротивление на генератора на Хол,
Темп. коеф. на напрежението на Хол, %/K (за IN = 5 mA, B = 0,2 T)
Температурен коефициент на съпротивлението, %/K
|
GaAs
5
25
1 k
-0,05
+0,08
|
InAs
20
>100
60
-0,1
|
Таблица 6.3. Основни характеристики на магниторезистивните сензори
Сензор
|
FP30L
|
KMZ10B
|
Материал
|
InSb
|
Пермалой
|
Чувствителност S, T -1
|
|
|
Съпротивление на моста,
|
100
|
1750
|
Температурен коефициент на съпротивлението на моста, %/К
|
-0,16
|
+0,25
|
BMAX, T
|
±1
|
± 3,75·10-3
|
Работна честота, МHz
|
0 - 1
|
|
6.3.Схеми на свързване и приложения
|
Фиг. 6.8. Структура на интегрален диференциален сензор на Хол с цифров изход (TLE 4920G)
|
|
Фиг. 6.9. Схема за включване на интегрални сензори на Хол с компенсация на офсета и настройка на коефициента на усилване
|
СA-6-
Сподели с приятели: |