第8章 霍尔传感器ppt课件

1、霍尔元件的元件结构如霍尔元件的元件结构如图图8-18-1所示，引出的电极所示，引出的电极其中一对为控制电流端，其中一对为控制电流端，一般以红色导线标记，另一般以红色导线标记，另一对为霍尔电势输出端，一对为霍尔电势输出端，常用绿色导线标记。常用绿色导线标记。霍尔电场对电子的作用力霍尔电场对电子的作用力FEFE与与洛仑兹力洛仑兹力FLFL方向相反，将阻止方向相反，将阻止电子继续偏转，最后形成动态电子继续偏转，最后形成动态平衡，此时在半导体薄片电荷平衡，此时在半导体薄片电荷积聚的两边将产生一个与控制积聚的两边将产生一个与控制电流电流I I和磁感应强度和磁感应强度B B乘积成正乘积成正比的电势比的电势

2、UHUH，这一现象称为霍，这一现象称为霍尔效应，该电势称为霍尔电势。尔效应，该电势称为霍尔电势。使输入控制电流使输入控制电流I I变大，最终引起霍尔电动势变大，最终引起霍尔电动势变大。为了减小这种影响，最好采用恒流源作变大。为了减小这种影响，最好采用恒流源作为激励源。为激励源。5 5灵敏度灵敏度KHKH霍尔元件在单位磁感应强度和单位控制电流作用霍尔元件在单位磁感应强度和单位控制电流作用下的空载霍尔电势值，称为霍尔元件的灵敏度下的空载霍尔电势值，称为霍尔元件的灵敏度KHKH。数值从几毫安至几十毫安。数值从几毫安至几十毫安。I（b错误接法错误接法R1R2adcb（a正确接法正确接法图图8-3 8-

3、3 霍尔元件输出叠加连接霍尔元件输出叠加连接当元件的控制电流采用交流时，还可采用图当元件的控制电流采用交流时，还可采用图8-48-4的方式的方式增加霍尔输出电势和输出功率，此时霍尔元件的控制增加霍尔输出电势和输出功率，此时霍尔元件的控制电流端串联，而各元件的输出分别接至输出变压器的电流端串联，而各元件的输出分别接至输出变压器的各初级，变压器的次级获得霍尔输出信号的叠加。若各初级，变压器的次级获得霍尔输出信号的叠加。若输出信号小，则可用差分放大器放大，如图输出信号小，则可用差分放大器放大，如图8-58-5所示。所示。I图图8-5 8-5 霍尔元件输出的放大电路示意图霍尔元件输出的放大电路示意图图

4、图8-4 8-4 交流时霍尔元件输出的叠加交流时霍尔元件输出的叠加图图8-6 8-6 霍尔元件的基本测量电路霍尔元件的基本测量电路当霍尔元件作线性测量时，最好选用灵敏度低一点、不等位电势小、稳定性和线性度优良的霍尔元件。当霍尔元件作开关使用时，要选择灵敏度高的霍尔元件。霍尔集成线性元件将霍尔元件霍尔集成线性元件将霍尔元件和恒流源、线性放大器等集成和恒流源、线性放大器等集成在一个芯片上。例如在一个芯片上。例如UGN3501UGN3501，如图如图8-88-8所示。所示。 开关型霍尔集成元件是将霍尔元开关型霍尔集成元件是将霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特件、稳压电路、放大器、施密特触发器、触发器

5、、OCOC门等电路集成在同一门等电路集成在同一个芯片上。例如个芯片上。例如UGN3020UGN3020，如图，如图8-98-9所示。所示。 图图8-8 8-8 线性型霍尔集成电路线性型霍尔集成电路 图图8-9 8-9 开关型霍尔集成电路开关型霍尔集成电路1零位误差及补偿方法零位误差及补偿方法零位误差是霍尔元件在不加控制电流或不加外磁场时，而出零位误差是霍尔元件在不加控制电流或不加外磁场时，而出现的霍尔电势称为零位误差。由制造霍尔元件的工艺问题现的霍尔电势称为零位误差。由制造霍尔元件的工艺问题造成的不等位电势是主要的零位误差，因为在工艺上难以造成的不等位电势是主要的零位误差，因为在工艺上难以保证

6、霍尔元件两侧的电极焊接在同一等电位面上，如图保证霍尔元件两侧的电极焊接在同一等电位面上，如图8-10所示，当控制电流所示，当控制电流I流过时，即使未加外磁场，流过时，即使未加外磁场，A、B两两电极此时仍存在电位差，此电位差被称为不等位电势电极此时仍存在电位差，此电位差被称为不等位电势U0。为了减小或消除不等位电势，可以采用电桥平衡原理补偿。为了减小或消除不等位电势，可以采用电桥平衡原理补偿。 几种补偿线路如图几种补偿线路如图8-11所示。图所示。图a）、（）、（b为常见的补为常见的补偿电路，图偿电路，图b）、（）、（c相当于在等效电桥的两个桥臂上相当于在等效电桥的两个桥臂上同时并联电阻，图同时

7、并联电阻，图d用于交流供电的情况。用于交流供电的情况。 表表8-1 8-1 部分霍尔传感器的型号与用途部分霍尔传感器的型号与用途霍尔式传感器的应用主要分为三个方面：霍尔式传感器的应用主要分为三个方面：当输入电流恒定不变时，传感器的输出正比于磁感应当输入电流恒定不变时，传感器的输出正比于磁感应强度强度B B，因而，凡是能转换为磁感应强度，因而，凡是能转换为磁感应强度B B变化的物理变化的物理量均可以进行测量，如位移、角度、转速和加速度等。量均可以进行测量，如位移、角度、转速和加速度等。当磁感应强度当磁感应强度B B保持恒定时，传感器的输出正比于控制保持恒定时，传感器的输出正比于控制电流电流I I

8、的变化，因而，凡能转换为电流变化的物理量均的变化，因而，凡能转换为电流变化的物理量均可进行测量和控制。可进行测量和控制。由于霍尔电压正比于控制电流由于霍尔电压正比于控制电流I I和磁感应强度和磁感应强度B B，所以，所以凡是可以转换为乘法的物理量如功率都可以进行凡是可以转换为乘法的物理量如功率都可以进行测量。测量。 下面介绍几种常见的霍尔传感器的应用实例。下面介绍几种常见的霍尔传感器的应用实例。 当控制电流当控制电流I I恒定不变恒定不变时，霍尔电势时，霍尔电势UHUH与与外磁感应强度成正比；外磁感应强度成正比；若磁场在一定范围内若磁场在一定范围内沿沿x x方向的变化方向的变化梯度梯度 为一常

9、数，为一常数，则当霍尔元件沿则当霍尔元件沿x x方方向移动时，输出的霍向移动时，输出的霍尔电势为尔电势为式中，式中，KK位移传感器的输出灵敏度。位移传感器的输出灵敏度。dxdB利用这一原理可以测量与位移有关的非电量，如力、压力、加利用这一原理可以测量与位移有关的非电量，如力、压力、加速度、液位和压差等。速度、液位和压差等。图图8-218-21为霍尔转速表的示意为霍尔转速表的示意图。在被测转轴上安装一个齿图。在被测转轴上安装一个齿盘，也可以选取机械系统中的盘，也可以选取机械系统中的一个齿轮，将线性霍尔元件及一个齿轮，将线性霍尔元件及磁路系统靠近齿盘。齿盘的转磁路系统靠近齿盘。齿盘的转动使磁路的磁

10、阻随气隙的改变动使磁路的磁阻随气隙的改变而周期地变化，霍尔元件输出而周期地变化，霍尔元件输出的微小脉冲信号经过隔直、放的微小脉冲信号经过隔直、放大、整形后就可以确定被测物大、整形后就可以确定被测物的转速。的转速。（2 2开关型集成霍尔传开关型集成霍尔传感器驱动指示灯，其示感器驱动指示灯，其示意图如图意图如图8-238-23所示。当所示。当然开关型集成霍尔传感然开关型集成霍尔传感器也能驱动发光二极管。器也能驱动发光二极管。（1 1开关型集成霍开关型集成霍尔传感器驱动门电路，尔传感器驱动门电路，其示意图如图其示意图如图8-228-22所所示。示。（3 3开关型集成开关型集成霍尔传感器驱动可霍尔传感器驱动可控硅电路。其示意控硅电路。其示意图如图图如图8-248-24所示。所示。u利用霍尔元件可以制成霍尔传感器，霍尔传感器是利用霍利用霍尔元件可以制成霍尔传感器，霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器。尔效应实现磁电转换的一种传感器。u霍尔式传感器的应用可主要分为三个方面：霍尔式传感器的应用可主要分为三个方面：当输入电流当输入电流恒定不变时，传感器的输出正比于磁感应强度；恒定不变时，传感器的输出正比于磁感应强度；当磁感当磁感应强度应强度B B保持恒定时，传感器的输出正比于