《霍尔传感器》ppt课件

1、8.1 霍尔效应及霍尔元件霍尔效应及霍尔元件8.2 霍尔集成传感器霍尔集成传感器8.3 霍尔传感器的运用霍尔传感器的运用8.1 霍尔效应及霍尔元件8.1.1 霍尔效应 位于磁场中的静止载流导体，当其电流I的方向与磁场强度H的方向之间有夹角时，那么在载流导体中平行与H、I的两侧面之间将产生电动势，这一物理景象称为霍尔效应。 如图8-1所示， 图8-1 霍尔效应原理 其洛仑兹力大小可表示为 FL= q0vB 静电场对电子的作用力 上式连立:bUqEqFH0H0EBIKdBIRdnqBIUCHCH0CH式中:0H1nqR霍尔系数m3/C dRKHH霍尔器件的灵敏系数 8.1.2霍尔元件和丈量电路霍尔

2、元件 霍尔元件的构造如图8-2所示。 图中的矩形薄片状的立方晶体称为基片，在它的两垂侧面上各装有一对电极，电极1-1用以加鼓励电压或流过鼓励电流，故称为鼓励电极，电极2-2作为霍尔电势UH的输出，故称为霍尔电极，基片的尺寸要求厚度d越薄越好，d越薄，霍尔元件的灵敏系数 越大，在基片外面用金属或陶瓷、环氧树脂封装作为外壳。图8-3是霍尔元件的通用图形符号。图8-2 外形构造表示图 图8-3 图形符号2霍尔元件的丈量电路(1)根本丈量电路 霍尔元件的根本丈量电路如图8-5所示。鼓励电流由电压源E供应，其大小由可变电阻来调理。 8-5根本丈量电路 (2)霍尔元件的输出电路 在实际运用中，要根据不同的

3、运用要求采用不同的衔接电路方式。如在直流鼓励电流情况下，位了获得较大的霍尔电压，可将几块霍尔元件的输出电压串联，如图8-6a所示。在交流鼓励电流情况下，几块霍尔元件的输出可经过变压器接成如图8-6b的方式，以添加霍尔电压或输出功率。 (a) 直流鼓励 (b) 交流鼓励 图8-6 霍尔元件的输出电路 8.1.3 霍尔元件的主要特性参数1输入电阻Ri和输出电阻Ro 定义霍尔元件鼓励电极之间的电阻称为输入电阻Ri。霍尔电极之间的电阻称为输出电阻Ro 2额定鼓励电流IN和最大允许鼓励电流Imax 霍尔元件在空气中产生的温升为10时，所对应的鼓励电流称为额定鼓励电流IN。以元件允许的最大温升为限制，所对

4、应的鼓励电流称为最大允许鼓励电流Imax。 3不等位电势和不等位电阻 当霍尔元件的鼓励电流为额定值IN时，假设元件所处位置的磁感应强度为零，那么它的霍尔电势应该为零，但实际不为零，这时测得的空载霍尔电势称为不等位电势。 产生缘由:主要由霍尔电极安装不对称呵斥的,由于半导体资料的电阻率不均匀、基片的厚度和宽度不一致、霍尔电极与基片的接触不良部分接触等缘由，即使霍尔电极的装配绝对对称，也会产生不等位电势。补偿方法: 恣意两相邻的电极之间可视为一个等效电阻,那么霍尔元件可视为一四臂电桥,要不等位电势为0,只需电桥输出为零即可,因此采用加调零电位器的方法很好.如图8-7所示.4交流不等位电势与寄生直流

5、电势 在不加外磁场的情况下，霍尔元件运用交流鼓励时，霍尔电极间的开路交流电势称为交流不等位电势。在此情况下输出的直流电势称为寄生直流电势。产生交流不等位电势的缘由与不等位电势一样，而寄生直流电势的产生那么是由于：1霍尔电极与基片间的非完全欧姆接触而产生的整流效应。2霍尔电极与基片间的非完全欧姆接触而产生的整流效应，使鼓励电流中包含有直流分量，经过霍尔元件的不等位电势的作用反映出来。普通情况下，不等位电势越小，寄生直流电势也越小。3当两个霍尔电极的焊点大小不同时，由于它们的热容量、热耗散等情况的不同，引起两电极温度不同而产生温差电势，也是寄生直流电势的一部分。 寄生直流电势可用图8-8所示电路丈

6、量，经变压器降压后的交流电源供应霍尔元件的鼓励电流，直流电位差计UJ-30的显示灵敏度应大于10-7V。图8-8 丈量寄生直流电势的电路图5霍尔电势温度系数 在一定磁感应强度和鼓励电流下，温度每变化1时，霍尔电势变化的百分率，称为霍尔电势温度系数。6霍尔灵敏系数KH 在单位控制电流和单位磁感应强度作用下，霍尔器件输出端的开路电压，称为霍尔灵敏系数KH，霍尔灵敏系数KH的单位为V/AT。8.1.4 霍尔器件的资料选择 以N型半导体资料为好.表中给出常见的资料.表8-1 霍尔器件常用资料的物理性能8.2.1霍尔开关集成传感器1义务原理图8-9 霍尔开关集成传感器原理框图1霍尔元件：在0.1T磁场作

7、用下，霍尔元件开路时可输出20mV左右 的霍尔电压，当有负载时输出10mV左右的霍尔电压。2差分放大器：放大器将霍尔电压放大，以便驱动后一级整形电路。3整形电路：普通采用施密特触发器，它把经差分放大的电压整形为矩形脉冲，实现A/D转换。4输出管：由一个或两个三极管组成，采用单管或双管集电极开路输出，集电极输出的优点是可以跟很多类型的电路直接衔接，运用方便。5电源电路：包括稳压电路和恒流电路，设置稳压和恒流电路的目的，一方面是为了改善霍尔传感器的温度性能，另一方面可以大大提高集成霍尔传感器义务电源电压的适用范围。2霍尔开关集成传感器的特性1磁特性 霍尔开关集成传感器的磁特性是指由高电平翻转为低电

8、平的导通磁感应强度BHL、由低电平翻转为高电平的截止磁感应强度BLH和磁感应强度的滞环宽度 . 滞环宽度对霍尔开关集成传感器是必需的，由于在导通磁感应强度BHL附近，假设没有滞环效应或滞环效应很小，那么由于磁噪声或磁钢振动等缘由，会使电路的输出反复开启和封锁，构成类似于自激振荡景象。为防止这种景象的产生，必需具有一定宽度的滞环。但假设这种滞环宽度过大，对开关动作也是不利的，由于要求磁场变化幅度很大，有可以不发生动作而出现漏计景象。 我国CS型开关集成霍尔传感器的滞环宽度典型值为610-3T。 图8-10给出了霍尔开关集成传感器磁电转换特 性曲线，横坐标表示作用于霍尔元件上的正向磁感应强度。 8

9、-10 霍尔开关集成传 感器输出特性 2电特性 霍尔开关集成传感器的电特性是指它的输出电性能，标志它的输出电性能的主要参数有输出高电平UOH、输出低电平UOL 、负载电流IOL、输出漏电流IOH、截止电源电流ICCH和导通电源电流ICCL等参数。3温度特性 霍尔开关集成传感器参数也随温度的变化而变化，在此主要讨论它的导通磁感应强度BHL、截止磁感应强度BLH和滞环宽度的温度特性由图8-11a可以看出，导通磁感应强度的温度系数约为1.5210-4T/，是正温度系数。从BHL与BLH特性曲线的差值中算出滞环宽度的温度系数约为 0.2%0.3%，是负温度系数。 图8-11b给出了CS型霍尔开关集成传

10、感器两个磁特性参数随电源电压E的变化曲线。从图中可以看出，BHL和BLH参数在电源电压E6V时，随电源电压减少而添加，但滞环宽度随电源电压减小而减小；在电源电压E8V时，这三个参数根本变化不大。 图8-11 霍尔开关集成传感器温度特性8.2.2 霍尔线性集成传感器 线性集成霍尔传感器是将霍尔器件、放大电路、电压调整电路、电流放大输出级、失调调整和线性度调整部分集成在一块芯片上，其特点是输出电压随外加磁感应强度B呈线性变化。霍尔线性集成传感器分单端输出和双端输出两种，它们的构造如图8-12a、b所示。 a SL3501T型构造单端输出 (b) SL3501M型构造双端输出 图8-12 线性集成霍

11、尔传感器的电路构造 由于霍尔传感器具有在静态外形下感受磁场的独特才干，而且它具有构造简单、体积小、分量轻、频带宽从直流到微波、动态特性好和寿命长、无触点等许多优点，因此在丈量技术，自动化技术和信息处置等方面有着广泛运用。 归纳起来，霍尔传感器有三个方面的用途：1当控制电流不变时，使传感器处于非均匀磁场中，那么传感器的霍尔电势正比于磁感应强度，利用这一关系可反映位置、角度或励磁电流的变化。 2当控制电流与磁感应强度皆为变量时，传感器的输出与这两者乘积成正比。在这方面的运用有乘法器、功率计以及除法、倒数、开方等运算器，此外，也可用于混频、调制、解调等环节中，但由于霍尔元件变换频率低，温度影响较显著

12、等缺陷，在这方面的运用遭到一定的限制，这有待于元件的资料、工艺等方面的改良或电路上的补偿措施。3假设坚持磁感应强度恒定不变，那么利用霍尔电压与控制电流成正比的关系，可以组成回转器、隔离器和环行器等控制安装。 8.3.1 霍尔位移传感器霍尔位移传感器图8-13 霍尔位移传感器8.3.2 霍尔电流变换器 图8-14 霍尔传感器电流变换器8.3.3 利用霍尔传感器实现无接触式仿型加工 图8-15 无接触式仿型加工原理表示图8.3.4 自动供水安装图8-16 自动供水安装8.3.5 霍尔元件在磁性资料研讨中的运用图8-17 研讨闭合资料试样磁特性的线路框图8.3.6非接触式键盘开关 图8-18 用霍尔开关集成传感器构成的按钮 位于磁场中的静止载流导体，当电流I的方向与磁场强度H的方向垂直时，那么在载流导体中平行与H、I的两侧面之间将产生电动势，这个电动势称为霍尔电势，这种物理景象称为霍尔效应。利用霍尔效应原理制成的传感器称为霍尔传感器。 霍尔传感器有分立元件式简称霍尔元件和集成式简称霍尔集成传感器两种。霍尔元件常用锗、硅、砷化镓、砷化铟及锑化铟等半导体资料制造而成。霍尔集成传感器是将霍尔器件、放大电路、电压调整电路、电流放大输出级、失调调整和线性度调整部分集成在一块芯片上组成的。