第八章霍尔式传感器2

1、第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第一节 霍尔元件的工作原理及特性霍尔元件工作原理概述：概述： 霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，得到广霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，得到广泛的应用。可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有泛的应用。可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。关的场合中使用。霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。特点：特点： 霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高，耐震动，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高，耐震动，不怕灰尘、油污、水

2、汽及烟雾等的污染或腐蚀。不怕灰尘、油污、水汽及烟雾等的污染或腐蚀。 第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第一节 霍尔元件的工作原理及特性霍尔元件工作原理第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第一节 霍尔元件的工作原理及特性霍尔元件工作原理霍尔效应霍尔效应 半导体薄片置于半导体薄片置于磁感应强度为磁感应强度为B B 的磁的磁场中，磁场方向垂直场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流于薄片，当有电流I I 流过薄片时，在垂直流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向于电流和磁场的方向上将产生电动势上将产生电动势E EH H，这种现象称这种现象称 为霍尔效应。为霍尔效应。UHbldIFLFEvB第八章第八章 霍尔传感

3、器霍尔传感器第一节 霍尔元件的工作原理及特性霍尔元件工作原理霍尔效应霍尔效应UHbldIFLFEvB设霍尔元件为设霍尔元件为N N型型半导体，半导体，当它通电流当它通电流I I时时当电场力与洛仑兹力当电场力与洛仑兹力相等时，达到动态平相等时，达到动态平衡，这时有衡，这时有第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第一节 霍尔元件的工作原理及特性霍尔元件工作原理霍尔效应霍尔效应故霍尔电场的强度为故霍尔电场的强度为所以，霍尔电压所以，霍尔电压U UH H可表示为可表示为第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第一节 霍尔元件的工作原理及特性霍尔元件工作原理霍尔效应霍尔效应流过霍尔元件的电流为流过霍尔元件的电流为

4、得得：所以所以：若取若取则则 dIBRUHHRH被定义为霍尔元件的被定义为霍尔元件的霍尔系数霍尔系数。显然，霍尔系数由。显然，霍尔系数由半导体材料的性质决定，它反映材料霍尔效应的强弱。半导体材料的性质决定，它反映材料霍尔效应的强弱。第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第一节 霍尔元件的工作原理及特性霍尔元件工作原理dRKHH 设设IBKUHH KH即为即为霍尔元件的灵敏度霍尔元件的灵敏度，它表示一个霍尔元件在，它表示一个霍尔元件在单位控制电流和单位磁感应强度时产生的霍尔电压单位控制电流和单位磁感应强度时产生的霍尔电压的大小的大小. 单位是单位是mV/（mAT）nqdKH1 则则第八章第八章 霍尔

5、传感器霍尔传感器第一节 霍尔元件的工作原理及特性霍尔元件工作原理RH：霍尔系数。：霍尔系数。由于金属导体内的载流子浓度大于半导体内的由于金属导体内的载流子浓度大于半导体内的载流子浓度，所以，半导体霍尔系数大于导体。载流子浓度，所以，半导体霍尔系数大于导体。KH：霍尔元件的灵敏度。：霍尔元件的灵敏度。 霍尔元件的灵敏度不仅与元件材料的霍尔霍尔元件的灵敏度不仅与元件材料的霍尔系数有关，还与霍尔元件的几何尺寸有关。系数有关，还与霍尔元件的几何尺寸有关。第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第一节 霍尔元件的工作原理及特性霍尔元件工作原理 若磁感应强度若磁感应强度B B不垂直于霍尔元件，而是与不垂直于霍尔

6、元件，而是与其法线成某一角度其法线成某一角度 时，实际上作用于霍尔元件时，实际上作用于霍尔元件上的有效磁感应强度是其法线方向（与薄片垂直上的有效磁感应强度是其法线方向（与薄片垂直的方向）的分量，即的方向）的分量，即B Bcoscos ，这时的霍尔电势为，这时的霍尔电势为 cosIBKUHH第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第一节 霍尔元件的工作原理及特性霍尔元件工作原理 结论结论：霍尔电势与输入电流：霍尔电势与输入电流I、磁感应强度、磁感应强度B成正成正比，且当比，且当B的方向改变时，霍尔电势的方向也随之改的方向改变时，霍尔电势的方向也随之改变。如果所施加的磁场为交变磁场，则霍尔电势为同变。如

7、果所施加的磁场为交变磁场，则霍尔电势为同频率的交变电势。频率的交变电势。 IBKUHH cosIBKUHH第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第一节 霍尔元件的工作原理及特性霍尔元件工作原理霍尔元件霍尔元件dacb霍尔原件结构霍尔元件可用多种半导体材料制作，如霍尔元件可用多种半导体材料制作，如GeGe、SiSi、InSbInSb、GaAsGaAs、InAsInAs以及多层半以及多层半导体异质结构量子阱材料等等。导体异质结构量子阱材料等等。 第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第一节 霍尔元件的工作原理及特性霍尔元件工作原理霍尔元件基本结构组成霍尔元件基本结构组成霍尔元件由由霍尔片、四霍尔元件由由霍

8、尔片、四根引线和壳体组成。根引线和壳体组成。第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第一节 霍尔元件的工作原理及特性霍尔元件工作原理国产霍尔元件命名国产霍尔元件命名H阿拉伯字母代表产品序号阿拉伯字母代表产品序号汉语拼音字母代表汉语拼音字母代表霍尔元件的材料霍尔元件的材料Z锗锗T锑化铟锑化铟Z砷化铟砷化铟汉语拼音字母汉语拼音字母H代表霍尔元件代表霍尔元件常见的国产型号有常见的国产型号有HZ-1、HZ-2、HZ-3HZ-4、HT-1、HT-2、HS-4等等第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第一节 霍尔元件的工作原理及特性霍尔元件工作原理国产霍尔元件命名国产霍尔元件命名第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第

9、一节 霍尔元件的工作原理及特性霍尔元件特性参数输入电阻输入电阻Ri霍尔元件两激励电流端的直流电阻称为输入电阻。霍尔元件两激励电流端的直流电阻称为输入电阻。它的数值从几十欧到几百欧，视不同型号的元件而它的数值从几十欧到几百欧，视不同型号的元件而定。温度升高，输入电阻变小，从而使输入电流定。温度升高，输入电阻变小，从而使输入电流Iab变大，最终引起霍尔电动势变大。为了减小这种影变大，最终引起霍尔电动势变大。为了减小这种影响，最好采用恒流源作为激励源。响，最好采用恒流源作为激励源。第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第一节 霍尔元件的工作原理及特性霍尔元件特性参数输出电阻输出电阻R0两个霍尔电动势输出

10、端之间的电阻称为输出电阻，两个霍尔电动势输出端之间的电阻称为输出电阻，它的数值与输入电阻在同一数量级，它也随温度的它的数值与输入电阻在同一数量级，它也随温度的变化而变化。选择适当的负载电阻与之匹配可以使变化而变化。选择适当的负载电阻与之匹配可以使由于温度变化引起的霍尔电动势的漂移减至最小。由于温度变化引起的霍尔电动势的漂移减至最小。第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第一节 霍尔元件的工作原理及特性霍尔元件特性参数最大激励电流最大激励电流Im由于霍尔电动势随激励电流增大而增大，故在应用由于霍尔电动势随激励电流增大而增大，故在应用中总希望选用较大的激励电流。但激励电流增大，中总希望选用较大的激励电

11、流。但激励电流增大，霍尔元件的功耗增大，元件的温度升高，从而引起霍尔元件的功耗增大，元件的温度升高，从而引起霍尔电动势的温漂增大，因此每种型号的元件均规霍尔电动势的温漂增大，因此每种型号的元件均规定了相应的最大激励电流。定了相应的最大激励电流。第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第一节 霍尔元件的工作原理及特性霍尔元件特性参数额定控制电流额定控制电流Ic额定控制电流是使霍尔元件在空气中产生额定控制电流是使霍尔元件在空气中产生10温升温升的控制电流，其大小与霍尔元件的尺寸有关：尺寸的控制电流，其大小与霍尔元件的尺寸有关：尺寸越小，越小，Ic越小，一般为几毫安到几十毫安，最大的越小，一般为几毫安到几

12、十毫安，最大的可以几百毫安。可以几百毫安。第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第一节 霍尔元件的工作原理及特性霍尔元件特性参数最大磁感应强度最大磁感应强度Bm磁感应强度超过磁感应强度超过Bm时，霍尔电动势的非线性误时，霍尔电动势的非线性误差将明显增加，差将明显增加， Bm一般小于零点几特斯拉。一般小于零点几特斯拉。灵敏度灵敏度KH灵敏度灵敏度KH是指在单位磁感应强度下，通以单位控是指在单位磁感应强度下，通以单位控制电流所产生的霍尔电动势。制电流所产生的霍尔电动势。第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第一节 霍尔元件的工作原理及特性霍尔元件特性参数不等位电动势不等位电动势在额定激励电流下，当外加磁场

13、为零时，霍尔输出在额定激励电流下，当外加磁场为零时，霍尔输出端之间的开路电压称为不等位电动势，它是由端之间的开路电压称为不等位电动势，它是由4个个电极的几何尺寸不对称引起的，使用时多采用电桥电极的几何尺寸不对称引起的，使用时多采用电桥法补偿不等位电动势引起的误差。法补偿不等位电动势引起的误差。第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第一节 霍尔元件的工作原理及特性霍尔元件特性参数霍尔电动势温度系数霍尔电动势温度系数 在一定磁场强度和控制电流作用下，温度每变化在一定磁场强度和控制电流作用下，温度每变化1，霍尔电动势变化的百分数称为霍尔电动势温，霍尔电动势变化的百分数称为霍尔电动势温度系数，它与霍尔元件

14、的材料有关。度系数，它与霍尔元件的材料有关。电阻温度系数电阻温度系数 电阻温度系数为温度每变化电阻温度系数为温度每变化1霍尔元件材料的电霍尔元件材料的电阻变化率（用百分比表示）。阻变化率（用百分比表示）。第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第二节 霍尔集成电路第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第二节 霍尔集成电路 霍尔集成电路可分为霍尔集成电路可分为线性型线性型和和开关型开关型两大类。两大类。 线性型集成电路是将霍尔元件和恒流源、线性差线性型集成电路是将霍尔元件和恒流源、线性差动放大器等做在一个芯片动放大器等做在一个芯片上，输出电压为伏级，比上，输出电压为伏级，比直接使用霍尔元件方便得直接使用霍

15、尔元件方便得多。较典型的线性型霍尔多。较典型的线性型霍尔器件如器件如UGN3501等。等。 线性型三端线性型三端 霍尔集成电路霍尔集成电路第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第二节 霍尔集成电路线性型霍尔集成电路 霍尔线性集成传感器的输出电压与外加磁场强度霍尔线性集成传感器的输出电压与外加磁场强度呈线性比例关系。呈线性比例关系。一般由霍尔元件和放大器组成。霍一般由霍尔元件和放大器组成。霍尔线性集成传感器分单端输出和双端输出两种。尔线性集成传感器分单端输出和双端输出两种。第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第二节 霍尔集成电路线性型霍尔集成电路特性 右图示出了具有双端右图示出了具有双端差动输出特性的

16、线性霍尔差动输出特性的线性霍尔器件的输出特性曲线。当器件的输出特性曲线。当磁场为零时，它的输出电磁场为零时，它的输出电压等于零；当感受的磁场压等于零；当感受的磁场为正向（磁钢的为正向（磁钢的S S极对准霍极对准霍尔器件的正面）时，尔器件的正面）时， 输出输出为正；磁场反向时，输出为正；磁场反向时，输出为负。为负。 请画出线性范围请画出线性范围第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第二节 霍尔集成电路霍尔线性集成电路 （a） SL3501T型结构（单端输出） (b) SL3501M型结构（双端输出） 线性集成霍尔传感器的电路结构第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第二节 霍尔集成电路 开关型霍尔集成电

17、路是将霍尔元件、稳压电开关型霍尔集成电路是将霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器、路、放大器、施密特触发器、OC门（集电极开路门（集电极开路输出门）等电路做在同一个芯片上。当外加磁场强输出门）等电路做在同一个芯片上。当外加磁场强度超过规定的工作点时，度超过规定的工作点时，OC门由高阻态变为导通门由高阻态变为导通状态，输出变为低电平；当外加磁场强度低于释放状态，输出变为低电平；当外加磁场强度低于释放点时，点时，OC门重新变为高阻态，输出高电平。较典门重新变为高阻态，输出高电平。较典型的开关型霍尔器件如型的开关型霍尔器件如UGN3020等。等。开关型霍尔集成电路第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感

18、器第二节 霍尔集成电路 霍尔开关集成传感器是利用霍尔元件与集成电路霍尔开关集成传感器是利用霍尔元件与集成电路技术结合而成的一种磁敏传感器，它能感知一切与技术结合而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，并以开关形式输出。霍尔开磁信息有关的物理量，并以开关形式输出。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、位密度特性好、花干扰、无转换抖动、工作频率高、位密度特性好、能适应恶劣环境等优点。能适应恶劣环境等优点。开关型霍尔集成电路第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第二节 霍尔集成电路开关型霍尔集成电路开

19、关型霍尔集成电路的外开关型霍尔集成电路的外形及内部电路形及内部电路OCOC门门 施密特施密特 触发电路触发电路 双端输入、双端输入、 单端输出运放单端输出运放霍尔霍尔 元件元件. .VccVcc第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第二节 霍尔集成电路开关型霍尔集成电路 在外磁场的作用下，当磁感应强在外磁场的作用下，当磁感应强度超过导通阈值度超过导通阈值BOP时，霍尔电路输时，霍尔电路输出管导通，输出低电平。之后，出管导通，输出低电平。之后，B再再增加，仍保持导通态。若外加磁场增加，仍保持导通态。若外加磁场的的B值降低到值降低到BRP时，输出管截止，时，输出管截止，输出高电平。我们称输出高电平。我

20、们称BOP为工作点，为工作点，BRP为释放点，为释放点，BOPBRP=BH称为称为回差。回差的存在使开关电路的抗回差。回差的存在使开关电路的抗干扰能力增强。干扰能力增强。第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第三节 霍尔传感器的应用 霍尔电势是关于霍尔电势是关于I、B、 三个变量的三个变量的函数，即函数，即 UH=KHIBcos 。利用这个关系可。利用这个关系可以使其中两个量不变，将第三个量作为变以使其中两个量不变，将第三个量作为变量，或者固定其中一个量，其余两个量都量，或者固定其中一个量，其余两个量都作为变量。这使得霍尔传感器有许多用途。作为变量。这使得霍尔传感器有许多用途。第八章第八章 霍尔传

21、感器霍尔传感器第三节 霍尔传感器的应用霍尔特斯拉计（高斯计）霍尔元件霍尔元件霍尔元件霍尔元件磁铁磁铁第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第三节 霍尔传感器的应用霍尔特斯拉计（高斯计）的使用霍尔元件霍尔元件测量铁心测量铁心 气隙的气隙的B值值第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第三节 霍尔传感器的应用霍尔传感器用于测量磁场强度第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第三节 霍尔传感器的应用角位移测量仪 霍尔元件与被测物连动置于永久磁霍尔元件与被测物连动置于永久磁铁的磁场中，霍尔元件在这个恒定铁的磁场中，霍尔元件在这个恒定的磁场中转动，于是霍尔电动势的磁场中转动，于是霍尔电动势E EH H就反映了转角就反映

22、了转角 的变化，不过这个的变化，不过这个变化是非线性的，变化是非线性的，E EH H正比于正比于coscos ，若要求与若要求与 成线性关系，必须采用成线性关系，必须采用特定形式的磁极。特定形式的磁极。60 22fn 在被测转速的转轴上安装一个齿盘，也可选取机械系统在被测转速的转轴上安装一个齿盘，也可选取机械系统中的一个齿轮，将线性型霍尔器件及磁路系统靠近齿盘。齿盘中的一个齿轮，将线性型霍尔器件及磁路系统靠近齿盘。齿盘的转动使磁路的磁阻随气隙的改变而周期性地变化，霍尔器件的转动使磁路的磁阻随气隙的改变而周期性地变化，霍尔器件输出的微小脉冲信号经隔直、放大、整形后可以确定被测物的输出的微小脉冲信

23、号经隔直、放大、整形后可以确定被测物的转速。转速。S SN N线性霍尔线性霍尔磁铁磁铁第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第三节 霍尔传感器的应用转速测量霍尔转速表的其他安装方法霍尔转速表的其他安装方法 只要黑色金属旋转体的表面存在缺口或突起，就可产生磁只要黑色金属旋转体的表面存在缺口或突起，就可产生磁场强度的脉动，从而引起霍尔电势的变化，产生转速信号。场强度的脉动，从而引起霍尔电势的变化，产生转速信号。 霍尔元件霍尔元件磁铁磁铁第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第三节 霍尔传感器的应用霍尔转速表的其它安装 当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔元件，可当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔元件

24、，可产生较大的霍尔电动势，放大、整形后输出高电平；反之，产生较大的霍尔电动势，放大、整形后输出高电平；反之，当齿轮的空挡对准霍尔元件时，输出为低电平。当齿轮的空挡对准霍尔元件时，输出为低电平。第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第三节 霍尔传感器的应用霍尔转速表原理 若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。用霍尔转若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。用霍尔转速传感器来检测车轮的转动状态有助于控制刹车力的大小。速传感器来检测车轮的转动状态有助于控制刹车力的大小。带有微带有微型磁铁型磁铁的霍尔的霍尔传感器传感器钢质钢质霍尔霍尔第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第三节 霍尔传感器的应用霍尔转速传感器在

25、汽车防抱死装置中的应用 采用霍尔式采用霍尔式无触点电子点火无触点电子点火装置能较好地克装置能较好地克服汽车合金触点服汽车合金触点点火时间不准确、点火时间不准确、触点易烧坏、高触点易烧坏、高速时动力不足等速时动力不足等缺点。缺点。 汽车点汽车点火线圈火线圈高压输出高压输出接头接头12V低压电源输低压电源输入接头入接头第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第三节 霍尔传感器的应用霍尔无触点电子点火装置霍尔式无触点汽车电子点火装置工作原理霍尔式无触点汽车电子点火装置工作原理 采用霍尔式无触点电子点火装置无磨损、点采用霍尔式无触点电子点火装置无磨损、点火时间准确、高速时动力足。火时间准确、高速时动力足。桑

26、塔纳汽车霍尔式分电器示意图桑塔纳汽车霍尔式分电器示意图 1-1-触发器叶片触发器叶片 2- -槽口槽口 3- -分电器转轴分电器转轴 4- -永久磁铁永久磁铁 5- -霍尔集成电路（霍尔集成电路（PNP型霍尔型霍尔IC） a a）带缺口的触发器叶片）带缺口的触发器叶片 b）触发器叶片与永久磁铁及霍尔集）触发器叶片与永久磁铁及霍尔集成电路之间的安装关系成电路之间的安装关系 c c）叶片位置与点火正时的关系）叶片位置与点火正时的关系 霍尔式无触点汽车电子点火装置原理霍尔式无触点汽车电子点火装置原理 当叶片遮挡在霍尔当叶片遮挡在霍尔ICIC面前时，面前时，PNPPNP型霍尔型霍尔ICIC的输出的输出

27、为低电平，晶体管功率开关处于导通状态，点火线圈为低电平，晶体管功率开关处于导通状态，点火线圈低压侧有较大电流通过，并以磁场能量的形式储存在低压侧有较大电流通过，并以磁场能量的形式储存在点火线圈的铁心中。点火线圈的铁心中。 汽车电子点火电路及波形汽车电子点火电路及波形 1点火开关点火开关 2达林顿晶体管功率开关达林顿晶体管功率开关 3点火线圈低压侧点火线圈低压侧 4点火线圈铁心点火线圈铁心 5点火线圈高压侧点火线圈高压侧 6分火头分火头 7火花塞火花塞 a a）电路）电路 b）霍尔）霍尔IC及点火线圈高压侧输出波形及点火线圈高压侧输出波形 当叶片槽口转当叶片槽口转到霍尔到霍尔IC面前时，面前时，

28、霍尔霍尔IC输出跳变为输出跳变为高电平，经反相变高电平，经反相变为低电平，达林顿为低电平，达林顿管截止，切断点火管截止，切断点火线圈的低压侧电流。线圈的低压侧电流。由于没有续流元件，由于没有续流元件，所以存储在点火线所以存储在点火线圈铁心中的磁场能圈铁心中的磁场能量在高压侧感应出量在高压侧感应出3050kV的高电压。的高电压。 磁铁磁铁点火总成点火总成第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第三节 霍尔传感器的应用汽车电子点火装置使用的控制器、霍尔传感器及点火总成 霍尔式无刷电动机取消了换向器霍尔式无刷电动机取消了换向器和电刷，而采用霍尔元件来检测转子和和电刷，而采用霍尔元件来检测转子和定子之间的相

29、对位置，其输出信号经放定子之间的相对位置，其输出信号经放大、整形后触发电子线路，从而控制电大、整形后触发电子线路，从而控制电枢电流的换向，维持电动机的正常运转。枢电流的换向，维持电动机的正常运转。由于无刷电动机不产生电火花及电刷磨由于无刷电动机不产生电火花及电刷磨损等问题，所以它在损等问题，所以它在录像机、录像机、CD唱机唱机、光驱等家用电器中得到越来越广泛的应光驱等家用电器中得到越来越广泛的应用。用。 普通直流电动机使用普通直流电动机使用的电刷和换向器的电刷和换向器第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第三节 霍尔传感器的应用霍尔传感器用于测量磁场强度电动自行车电动自行车可充电可充电电池组电池组

30、无刷电动机无刷电动机第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第三节 霍尔传感器的应用无刷电动机在电动自行车上的应用 无刷直流电动机的无刷直流电动机的外外转子采用高性能。位置转子采用高性能。位置传感器产生六个状态编传感器产生六个状态编码信号，控制逆变桥各码信号，控制逆变桥各功率管通断，使三相内功率管通断，使三相内定子线圈与外转子之间定子线圈与外转子之间产生连续转矩，具有效产生连续转矩，具有效率高、无火花、可靠性率高、无火花、可靠性强等特点。强等特点。第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第三节 霍尔传感器的应用无刷电动机在电动自行车中的应用 去速度去速度控制器控制器 利用利用PWM调速调速第八章第八章 霍

31、尔传感器霍尔传感器第三节 霍尔传感器的应用电动自行的无刷电动机及控制电路第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第三节 霍尔传感器的应用光驱用的无刷电动机内部结构 当磁铁的有效磁极接近、当磁铁的有效磁极接近、并达到动作距离时，霍尔式接并达到动作距离时，霍尔式接近开关动作。霍尔接近开关一近开关动作。霍尔接近开关一般还配一块钕铁硼磁铁。般还配一块钕铁硼磁铁。第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第三节 霍尔传感器的应用霍尔接近开关用霍尔用霍尔ICIC也能完成接近开关也能完成接近开关的功能，但是它只能用于铁的功能，但是它只能用于铁磁材料的检测，并且还需要磁材料的检测，并且还需要建立一个较强的闭合磁场。建立一个

32、较强的闭合磁场。在右图中，当磁铁随运动部在右图中，当磁铁随运动部件移动到距霍尔接近开关几件移动到距霍尔接近开关几毫米时，霍尔毫米时，霍尔ICIC的输出由高的输出由高电平变为低电平，经驱动电电平变为低电平，经驱动电路使继电器吸合或释放，控路使继电器吸合或释放，控制运动部件停止移动（否则制运动部件停止移动（否则将撞坏霍尔将撞坏霍尔ICIC）起到限位的）起到限位的作用。作用。 第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第三节 霍尔传感器的应用霍尔接近开关霍尔式接近开关用于转霍尔式接近开关用于转速测量演示速测量演示n= = 6060f4(r/min)软铁分流翼片 开关型霍尔开关型霍尔IC IC T T 将被测

33、电流的导线穿将被测电流的导线穿过霍尔电流传感器的检测过霍尔电流传感器的检测孔。当有电流通过导线时，孔。当有电流通过导线时，在导线周围将产生磁场，在导线周围将产生磁场，磁力线集中在铁心内，并磁力线集中在铁心内，并在铁心的缺口处穿过霍尔在铁心的缺口处穿过霍尔元件，从而产生与电流成元件，从而产生与电流成正比的霍尔电压。正比的霍尔电压。第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第三节 霍尔传感器的应用霍尔电流传感器 霍尔电流传感器可以测量高达霍尔电流传感器可以测量高达2000A2000A的电流；电流的波形可以的电流；电流的波形可以是高达是高达100kHz100kHz的正弦波和到电的正弦波和到电工技术较难测量的

34、高频窄脉冲；工技术较难测量的高频窄脉冲；它的低频段可以一直延伸到直它的低频段可以一直延伸到直流电；响应时间小于流电；响应时间小于1 1 s s，电流，电流上升率（上升率（di/dtdi/dt）大于）大于200A/ 200A/ s.s.第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第三节 霍尔传感器的应用霍尔电流传感器霍尔电流传感器演示霍尔电流传感器演示铁心铁心 线性霍尔线性霍尔IC EH=KH IB 所实现的多媒体界面：所实现的多媒体界面：第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第三节 霍尔传感器的应用其它霍尔电流传感器第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第三节 霍尔传感器的应用其它霍尔电流传感器压舌压舌豁口豁口

35、第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第三节 霍尔传感器的应用霍尔钳形电流表（交直流两用）霍尔钳形电流表演示霍尔钳形电流表演示直流直流200A量程量程被测电流的被测电流的导线未放入导线未放入铁心时示值铁心时示值为零为零70.9A70.9A钳形表的环形铁钳形表的环形铁心可以张开，心可以张开， 导线由此穿过导线由此穿过霍尔钳形霍尔钳形 电电流表演示流表演示霍尔钳形霍尔钳形 电流表演示电流表演示霍尔钳形霍尔钳形 电流表演示电流表演示70.9A70.9A被测电流的导线从此处穿入钳形被测电流的导线从此处穿入钳形表的环形铁心表的环形铁心手指按下此处，将钳形表的铁心张开手指按下此处，将钳形表的铁心张开将被测电流

36、导线逐根夹到钳将被测电流导线逐根夹到钳形表的环形铁心中形表的环形铁心中 将空调电源的将空调电源的“三芯护套三芯护套线线”夹到钳形表的环形铁心中，夹到钳形表的环形铁心中，钳形表的示值为多少？为什么？钳形表的示值为多少？为什么？第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第三节 霍尔传感器的应用霍尔钳形电流表使用 叉形叉形钳形表钳形表漏磁稍大，漏磁稍大，但使用方便但使用方便 用用钳形表测量钳形表测量 电动机的相电流电动机的相电流第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第三节 霍尔传感器的应用霍尔钳形电流表使用 被测电流被测电流的谐波频谱的谐波频谱铁心的铁心的 开合缝隙开合缝隙 铁心的铁心的 杠杆压舌杠杆压舌第八章

37、第八章 霍尔传感器霍尔传感器第三节 霍尔传感器的应用霍尔式电流谐波分析仪第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器 本章主要学习了霍尔传感器原理、霍尔集成本章主要学习了霍尔传感器原理、霍尔集成电路和霍尔传感器的应用。电路和霍尔传感器的应用。 基本要求基本要求：掌握霍尔传感器的原理，以及：掌握霍尔传感器的原理，以及霍尔传感器的应用。霍尔传感器的应用。第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器 位于磁场中的静止载流导体，当电流位于磁场中的静止载流导体，当电流I I的方向与磁场强度的方向与磁场强度H H的方向的方向垂直时，则在载流导体中平行与垂直时，则在载流导体中平行与H H、I I的两侧面之间将产生电动势，这的两

38、侧面之间将产生电动势，这个电动势称为霍尔电势，这种物理现象称为霍尔效应。利用霍尔效应个电动势称为霍尔电势，这种物理现象称为霍尔效应。利用霍尔效应原理制成的传感器称为霍尔传感器。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材料制作而成。霍尔集成传感器是将霍尔器件、放大锑化铟等半导体材料制作而成。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

39、度调整部分电路、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。集成在一块芯片上组成的。 霍尔传感器由于具有结构简单、体积小、重量轻、频带宽霍尔传感器由于具有结构简单、体积小、重量轻、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（从直流到微波）、动态特性好和寿命长、无触点等许多优点，因此在测量技术，自动化技术和信息处理技术等方面有着广泛应用。在测量技术，自动化技术和信息处理技术等方面有着广泛应用。 本章小结第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第一节 霍尔元件的工作原理及特性霍尔元件测量电路基本测量电路基本测量电路 控制电流控制电流I由电源由电源E供给，电位器供给，电位器R调调节控制电流节控制电流I的大小。霍尔元件输出接的大小。霍尔元件输出接负载电阻负载电阻RL。由于霍尔元件必须在磁。由于霍尔元件必须在磁场与控制电流作用下，才会产生霍尔场与控制电流作用下，才会产生霍尔电势电势UH，所以在测量中，可以把，所以在测量中，可以把 I，或者或者 B 作为输入信号，则霍尔元件的作为输入信号，则霍尔元件的输出电势分别正比于输出电势分别正比于 I 或或 B。 霍尔元件典型测量电路霍尔元件典型测量电路WUHRLE第八章第八章 霍尔传感器霍尔传感器第一节 霍尔元件的工作原理及特性霍尔元件测量电路