AT89C51单片机的智能磁场峰值测量仪设计(5)
时间:2017-04-14 12:42 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
将一块半导体或导体材料放置于磁场之中，当施加的外磁场垂直于半导体中流过的电流时，如图3.1所示，会在半导体内垂直于磁场和电流的方向上产生霍尔电动 势。沿Z方向加以磁场B，沿X负方向通以工作电流I，那么载流子将在Y轴方向受到洛仑兹力的作用，在Y方向产生霍尔电动势 ，这现象称为霍尔效应。根据霍尔效应制造的霍尔器件是具有一定形状的半导体薄片，实验表明，在磁场不太强时，电位差 与电流强度I和磁感应强度B成正比，与板的厚度d成反比，即 3.1 或 3.2 式中：d为霍尔器件的厚度； 是与材料有关的霍尔系数；I为通过霍尔片的电流；B为外磁场的磁感应强度。 表示单位控制电流和单位磁感应强度下的霍尔电势，称为器件的乘积灵敏度，单位为 mV/(mA•T)。对一个霍尔器件而言，如果霍尔元件的灵敏度 已知，测得了控制电流I和产生的霍尔电压 ，则可测定霍尔元件所在处的磁感应强度。 图3.1 霍尔效应原理图 产生霍尔效应的原因是作定向运动的带电粒子即载流子（N型半导体中的载流子是带负电荷的电子，P型半导体中的载流子是带正电荷的空穴）在磁场中受到洛仑兹力作用而产生的。 下面以 N 型半导体为例，讨论一下霍尔电动势的产生，电子所受到的洛仑兹力为 3.3 式中 为电子的漂移运动速度，e为电子的电荷量。 指向Y轴的正方向。自由电子受力偏转，同时在相反面上出现相同数量的正电荷，在两侧面间形成一个沿Y轴正方向上的横向电场 （即霍尔电场），使运动电子受到一个沿Y轴负方向的电场力 ，两侧面之间的电位差为 （即霍尔电压），则 3.4 电场力将阻碍电荷的积聚，最后达到稳定状态时有 3.5 若N型单晶中的电子浓度为n，则流过样品横截面的电流 得 3.6 将3.6式代入3.5式得 3.7 式中 称为霍尔系数，它表示材料产生霍尔效应的本领大小； 称为霍尔元件的灵敏度，一般地说， 愈大愈好，以便获得较大的霍尔电压 。因 和载流子浓度n成反比，所以采用半导体材料作霍尔元件灵敏度较高。 和样品厚度d成反比，所以霍尔片都切的很薄，一般 【11】【12】。 3.1.3 探头结构设计 根据对被测磁场特性的分析，最后决定选用A6523线性霍尔传感器。A6523霍尔 传感器体积小，灵敏度高，内部集成有温度补偿电路。具有良好的温度稳定性和电磁兼容性,抗噪声能力强，适用于测试环境恶劣的线性和旋转位置检测系统。其灵敏系数为5mV/G，测量范围为+50mT～-50mT,频响为27KHz，尺寸为3mm×3mm。 (责任编辑：qin) |