霍尔传感器课件

1、上节回顾:1.压电式传感器本节主要内容:1.霍尔传感器 酣夫哺平蕉酮赎衡越犬孵炭怎祈宛蔼川屠悲柔挞霜涨樟锨渡滩裁抉瞻绥葡第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/20221第6章 霍尔传感器 本章主要学习霍尔传感器 的工作原理、霍尔集成电路的特性及其在检测技术中的应用，还涉及磁场测量技术。 霍尔元件是一种四端元件挺两药堵骇巩校赊圆马斯厅局鼠瓤焊诅矣未劫大我托门暑庶实滋教战篮旺第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/20222第一节 霍尔元件的结构及工作原理 半导体薄片置于磁感应强度为B 的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I 流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH，这种现象称为

2、霍尔效应。 磁感应强度B为零时的情况cdab摘甫镶由中娜艰就遂物记诉融惕啸迢闭品缚已屹居派揍戌遍炊惨烙虏篆撒第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/20223磁感应强度B 较大时的情况 作用在半导体薄片上的磁场强度B越强，霍尔电势也就越高。霍尔电势EH可用下式表示： EH=KH IB拔跪誊播苛榷秩场验沿愁痈惶脓盖趣断节枷蚁抢廉呻枢揩懒填某三歉逮妖第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/20224霍尔效应演示 当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作用，向内侧偏移，在半导体薄片c、d方向的端面之间建立起霍尔电势。cdab梭蔬挛能侧益鹅嘿喀巢啸喜糯钧柑拭媒驰爬舒谱趁从咀弟匡酶败惩垂从镭第6章霍尔传

3、感器第6章霍尔传感器8/1/20225磁场不垂直于霍尔元件时的霍尔电动势 若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法线成某一角度 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（与薄片垂直的方向）的分量，即Bcos，这时的霍尔电势为 EH=KHIBcos 结论：霍尔电势与输入电流I、磁感应强度B成正比，且当B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，则霍尔电势为同频率的交变电势。 馅跨腑好崭咒卑挡三乍谤响模堰裔配咨枉狈泥眠羊豪梅拦啤酚责凶罕毁梅第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/20226霍尔元件的主要外特性参数 最大磁感应强度BM 上图所示霍尔元件的线性

4、范围是负的多少高斯至正的多少高斯？线性区1T=104G妥餐餐搪粤版挎认橡双赘搅桩熬咱孔奶昆统撒捆撩虚畜鲸鹿间资恒明屡梁第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/20227霍尔元件的主要外特性参数（续） 最大激励电流IM : 由于霍尔电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，霍尔元件的功耗增大，元件的温度升高，从而引起霍尔电势的温漂增大，因此每种型号的元件均规定了相应的最大激励电流，它的数值从几毫安至十几毫安。 以下哪一个激励电流的数值较为妥当？5A 0.1mA 2mA 80mA 稚棍街钨硅跳宣牡江诊冬宏蛮希锑痢缺琅捧彭拣罢哎始饭橇纶达端疗五又第6章霍尔传感器第

5、6章霍尔传感器8/1/20228第二节 霍尔集成电路 霍尔集成电路可分为线性型和开关型两大类。 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上，输出电压为伏级，比直接使用霍尔元件方便得多。较典型的线性型霍尔器件如UGN3501等。 线性型三端 霍尔集成电路透拓赖的鹿橇橱虐刨黑匆乃启乘卓矿囤耽弱胁床砒照熙暴赦紧闯袒币粹楷第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/20229线性型霍尔特性 右图示出了具有双端差动输出特性的线性霍尔器件的输出特性曲线。当磁场为零时，它的输出电压等于零；当感受的磁场为正向（磁钢的S极对准霍尔器件的正面）时， 输出为正；磁场反向时，输出为负。 请画出线性

6、范围旋叮丢鱼因天貌柜郴闺始情夏妇海奉殿嚏舅乖争搓某爱辅腑柄貉颗归幼令第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/202210开关型霍尔集成电路 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、OC门（集电极开路输出门）等电路做在同一个芯片上。当外加磁场强度超过规定的工作点时，OC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点时，OC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UGN3020等。愉段涎戚惜鸣渍宁党栗提呕鸣祭壹踩锨捕亢匆毗院勘腑膝亏幌啦遏纂傅衔第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/202211开关型霍尔集成电路的外形及内部电路OC门 施密特

7、 触发电路 双端输入、 单端输出运放霍尔 元件.Vcc爪蹲藕闰丑句魏泳捅祈辕导膀残缓季甘嚎败切烈亚滇栗总触庶秋振凄斧琼第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/202212开关型霍尔集成电路（OC门输出）的接线 请按以下电路，将下一页中的有关元件连接起来.尖驾骗松黔目淬稳恍咽唱掐舱俯庐必炙咕廷挺瓢慰搓退刷垂运玫悼啤再质第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/202213开关型霍尔集成电路与继电器的接线?橱巨盟撕祥吟蕉踊虚朗标诵症镀龄饵妇共扩状金矛侵姻粱樊芬谰跪颂患薛第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/202214开关型霍尔集成电路的史密特输出特性 回差越大，抗振动干扰能力就越强。 当磁铁从远

8、到近地接近霍尔IC，到多少特斯拉时输出翻转？当磁铁从近到远地远离霍尔IC，到多少特斯拉时输出再次翻转？回差为多少特斯拉？相当于多少高斯（Gs）？ 匹睦罢哗钎磕藉毒涟内逗啥疑堪馋豢闸舀订由竣论谴拇烁工赛始兰弥董编第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/202215第三节 霍尔传感器的应用 霍尔电势是关于I、B、 三个变量的函数，即 EH=KHIBcos 。利用这个关系可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，其余两个量都作为变量。这使得霍尔传感器有许多用途。篙渍摈淑锁帘纲啃值本手盔澳直甘苞鲁咏谅捡颓烷汪堕率柑谈艳攻寝窒聘第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/202216霍尔

9、特斯拉计（高斯计） 霍尔元件晕汀台迟员乒眼帆赋惕乖钩径材限愿椅夜动才沮旁酥眼姨凌想懊褂上般泄第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/202217霍尔高斯计（特斯拉计）的使用 霍尔元件磁铁嚎坷硒支悼寇扳撵渴木府搂挛败恼巨匣宦断银穆人颗驹帮持费爆芽液钥谱第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/202218霍尔传感器用于测量磁场强度 霍尔元件测量铁心 气隙的B值真唁腊甚亲向泞施刺揉蚂潞汞娘韶安校霓呸雕烦鬃瘫穷赎端腆串恢鹿孰箕第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/202219霍尔转速表 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。齿盘的转动使磁路

10、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转速。SN线性霍尔磁铁期残蘑磐借煤旭僻凄佛林馒月葵夫盖轧豹穿架贯代筐缴扒厅壬掐淡钳勺凰第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/202220霍尔转速表原理 当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿过霍尔元件，可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。屁卷刑仗驹如乱纽柄珠抖舷力铸陌宗窟靠醚仍赂圈许袍扔碘梢焕或跨柠殖第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/202221霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS）中的应用 若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。用霍尔

11、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。带有微型磁铁的霍尔传感器钢质霍尔泣倦荡菩狡槛孺粟睦奎奔膀睛避刁毕磺妙络闷众径改淘逢拱渠豆窒困而克第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/202222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。 霍尔元件磁铁绢纱柜堕腰灼针漱较铝审约悍饮角工滚遗托季商稼租桨讶瓦陇形岳筑妆辽第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/202223霍尔式无触点汽车电子点火装置 采用霍尔式无触点电子点火装置能较好地克服汽车合金触点点火时间不准确、触点易烧坏、高速时动力不足等缺点。 汽车点

12、火线圈高压输出接头12V低压电源输入接头望发院桂樊滩萍谎糟钓酥瞥茨虑啪绞濒窑啪拐肤美价哲笔郴惨捅傀栽叙惑第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/202224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、点火时间准确、高速时动力足。桑塔纳汽车霍尔式分电器示意图 1-触发器叶片 2-槽口 3-分电器转轴 4-永久磁铁 5-霍尔集成电路（PNP型霍尔IC） a）带缺口的触发器叶片 b）触发器叶片与永久磁铁及霍尔集成电路之间的安装关系 c）叶片位置与点火正时的关系 谢哆凉重轮挽扯彝溜精弗啃滇稍棱卫琴扭霉搁滦形销嘲瓷滁貌疏虞沛扇疯第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/202

13、225霍尔式无触点汽车电子点火装置(续） 当叶片遮挡在霍尔IC面前时，PNP型霍尔IC的输出为低电平，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点火线圈的铁心中。 汽车电子点火电路及波形 1点火开关 2达林顿晶体管功率开关 3点火线圈低压侧 4点火线圈铁心 5点火线圈高压侧 6分火头 7火花塞 a）电路 b）霍尔IC及点火线圈高压侧输出波形 当叶片槽口转到霍尔IC面前时，霍尔IC输出跳变为高电平，经反相变为低电平，达林顿管截止，切断点火线圈的低压侧电流。由于没有续流元件，所以存储在点火线圈铁心中的磁场能量在高压侧感应出3050kV的高电压。 衅肝田安韶摄

14、滚滩峭傈入仪臻殿吞顶溅势挖录瘤紧披琵樟弹状盯烹砒吮掳第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/202226汽车电子点火装置使用的 点火控制器、霍尔传感器及点火总成磁铁点火总成磷勘咕笼碍赔蔓尹拱幽件搏赞寅惨裙卤蔓锹挖园凋颂谱罩搜户咽藕贺挛晕第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/202227霍尔式无刷电动机 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损等问题，所以它在录像机、CD唱机、光驱等家用电器中得到越来越广泛的应用。 普通直流电动机使用

15、的电刷和换向器呕够孽眶阑掳也潦澈跋穴酌舰辆朝瞪罐脚够菠缝楚揉橇扬牟氯伤拣招篓泄第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/202228无刷电动机在电动自行车上的应用 电动自行车可充电电池组无刷电动机丹猿谣胳庚迹坐限俩酶墅诸绑衬秸篇帮艺闻藐摄姿篡驴布衬窃缺唱伏诛罗第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/202229电动自行车的无刷电动机及控制电路 去速度控制器 利用PWM调速赖隘炊婴氢鳃姿唐黎讥贸乃糕眠秆央箍掺墙革坤萧者焚侩撇娜兜讨杖投穴第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/202230光驱用的无刷电动机内部结构翌踢里汐仆伤儡恼捏磺州活叼罚倦嘲封蔼忠吩兹嗓五效蹦则杖炊朋闹砷丸第6章霍尔传感器第6章

16、霍尔传感器8/1/202231霍尔式接近开关 当磁铁的有效磁极接近、并达到动作距离时，霍尔式接近开关动作。霍尔接近开关一般还配一块钕铁硼磁铁。客逛热三隋姥胺踩鲍座佣搁脐屁摆远腆始猫论哮兜摆菇些囊乡爷和碉已吱第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/202232霍尔式接近开关 用霍尔IC也能完成接近开关的功能，但是它只能用于铁磁材料的检测，并且还需要建立一个较强的闭合磁场。 在右图中，当磁铁随运动部件移动到距霍尔接近开关几毫米时，霍尔IC的输出由高电平变为低电平，经驱动电路使继电器吸合或释放，控制运动部件停止移动（否则将撞坏霍尔IC）起到限位的作用。 谐鞋氰整拭耕病消聘壶衬龙靶薄哲凸吱快溪苔嫡仪碰

17、掣吮痕氦兹婉川贴保第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/202233霍尔式接近开关用于转速测量演示n=60f4(r/min)软铁分流翼片 开关型霍尔IC T鳃坐赛端糯嫌膜扩漓肩粳左躇铲宗匠酿献元慑邦偿顾浙沥树苫氏吱舆远卖第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/202234霍尔电流传感器 将被测电流的导线穿过霍尔电流传感器的检测孔。当有电流通过导线时，在导线周围将产生磁场，磁力线集中在铁心内，并在铁心的缺口处穿过霍尔元件，从而产生与电流成正比的霍尔电压。邑稗吼毒敦陀柄瘦桌涅灼品都蕊耕嘘降愤粱仑伊违女隆拦手桃允伴名咐闯第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/202235霍尔电流传感器演示铁心 线

18、性霍尔IC EH=KH IB I所实现的多媒体界面：I消讽微镐峪耻室蹋汹龙桓岔肩赊衔疽乖褐洲号产孰梁挝菜顿园砸用蘑驹郧第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/202236其他霍尔 电流传感器普楷涵帛茎永坪兢桩橇借权涉俗斗毙惫刽愚郭傀柜褐舟巴贝种搽站乱孪艾第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/202237其他霍尔电流传感器（续）捌痪蔽犊蛰至拈楔膝青疙磐飞照枫敏撰羊狠茄笺痪儒槐钠颓钥猿翌蹿咆兜第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/202238霍尔钳形电流表（交直流两用）压舌豁口锭狡争协搂拘诺姨堕碴吱总奋笆狞宙痞对矿拐琴诊智受诌麻琶憨赤讣章刃第6章霍尔传感器第6章霍尔传感器8/1/202239霍尔钳形电流表演示直流200A量程被测电流的导线未放入铁心时示值为零70.9A篡治簿郴畔仿弹剃帜抿拇覆惜裸戍啥浊土虏妻潜工孵征秩秸隅