第8章 霍爾傳感器ppt課件

1、霍爾元件的元件結(jié)構(gòu)如霍爾元件的元件結(jié)構(gòu)如圖圖8-18-1所示，引出的電極所示，引出的電極其中一對(duì)為控制電流端，其中一對(duì)為控制電流端，一般以紅色導(dǎo)線標(biāo)記，另一般以紅色導(dǎo)線標(biāo)記，另一對(duì)為霍爾電勢(shì)輸出端，一對(duì)為霍爾電勢(shì)輸出端，常用綠色導(dǎo)線標(biāo)記。常用綠色導(dǎo)線標(biāo)記?；魻栯妶?chǎng)對(duì)電子的作用力霍爾電場(chǎng)對(duì)電子的作用力FEFE與與洛侖茲力洛侖茲力FLFL方向相反，將阻止方向相反，將阻止電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)，最后形成動(dòng)態(tài)電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)，最后形成動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)在半導(dǎo)體薄片電荷平衡，此時(shí)在半導(dǎo)體薄片電荷積聚的兩邊將產(chǎn)生一個(gè)與控制積聚的兩邊將產(chǎn)生一個(gè)與控制電流電流I I和磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度B B乘積成正乘積成正比的電勢(shì)比的電勢(shì)

2、UHUH，這一現(xiàn)象稱為霍，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，該電勢(shì)稱為霍爾電勢(shì)。爾效應(yīng)，該電勢(shì)稱為霍爾電勢(shì)。使輸入控制電流使輸入控制電流I I變大，最終引起霍爾電動(dòng)勢(shì)變大，最終引起霍爾電動(dòng)勢(shì)變大。為了減小這種影響，最好采用恒流源作變大。為了減小這種影響，最好采用恒流源作為激勵(lì)源。為激勵(lì)源。5 5靈敏度靈敏度KHKH霍爾元件在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流作用霍爾元件在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流作用下的空載霍爾電勢(shì)值，稱為霍爾元件的靈敏度下的空載霍爾電勢(shì)值，稱為霍爾元件的靈敏度KHKH。數(shù)值從幾毫安至幾十毫安。數(shù)值從幾毫安至幾十毫安。I（b錯(cuò)誤接法錯(cuò)誤接法R1R2adcb（a正確接法正確接法圖圖8-3 8-

3、3 霍爾元件輸出疊加連接霍爾元件輸出疊加連接當(dāng)元件的控制電流采用交流時(shí)，還可采用圖當(dāng)元件的控制電流采用交流時(shí)，還可采用圖8-48-4的方式的方式增加霍爾輸出電勢(shì)和輸出功率，此時(shí)霍爾元件的控制增加霍爾輸出電勢(shì)和輸出功率，此時(shí)霍爾元件的控制電流端串聯(lián)，而各元件的輸出分別接至輸出變壓器的電流端串聯(lián)，而各元件的輸出分別接至輸出變壓器的各初級(jí)，變壓器的次級(jí)獲得霍爾輸出信號(hào)的疊加。若各初級(jí)，變壓器的次級(jí)獲得霍爾輸出信號(hào)的疊加。若輸出信號(hào)小，則可用差分放大器放大，如圖輸出信號(hào)小，則可用差分放大器放大，如圖8-58-5所示。所示。I圖圖8-5 8-5 霍爾元件輸出的放大電路示意圖霍爾元件輸出的放大電路示意圖圖

4、圖8-4 8-4 交流時(shí)霍爾元件輸出的疊加交流時(shí)霍爾元件輸出的疊加圖圖8-6 8-6 霍爾元件的基本測(cè)量電路霍爾元件的基本測(cè)量電路當(dāng)霍爾元件作線性測(cè)量時(shí)，最好選用靈敏度低一點(diǎn)、不等位電勢(shì)小、穩(wěn)定性和線性度優(yōu)良的霍爾元件。當(dāng)霍爾元件作開關(guān)使用時(shí)，要選擇靈敏度高的霍爾元件?；魻柤删€性元件將霍爾元件霍爾集成線性元件將霍爾元件和恒流源、線性放大器等集成和恒流源、線性放大器等集成在一個(gè)芯片上。例如在一個(gè)芯片上。例如UGN3501UGN3501，如圖如圖8-88-8所示。所示。 開關(guān)型霍爾集成元件是將霍爾元開關(guān)型霍爾集成元件是將霍爾元件、穩(wěn)壓電路、放大器、施密特件、穩(wěn)壓電路、放大器、施密特觸發(fā)器、觸發(fā)器

5、、OCOC門等電路集成在同一門等電路集成在同一個(gè)芯片上。例如個(gè)芯片上。例如UGN3020UGN3020，如圖，如圖8-98-9所示。所示。 圖圖8-8 8-8 線性型霍爾集成電路線性型霍爾集成電路 圖圖8-9 8-9 開關(guān)型霍爾集成電路開關(guān)型霍爾集成電路1零位誤差及補(bǔ)償方法零位誤差及補(bǔ)償方法零位誤差是霍爾元件在不加控制電流或不加外磁場(chǎng)時(shí)，而出零位誤差是霍爾元件在不加控制電流或不加外磁場(chǎng)時(shí)，而出現(xiàn)的霍爾電勢(shì)稱為零位誤差。由制造霍爾元件的工藝問題現(xiàn)的霍爾電勢(shì)稱為零位誤差。由制造霍爾元件的工藝問題造成的不等位電勢(shì)是主要的零位誤差，因?yàn)樵诠に嚿想y以造成的不等位電勢(shì)是主要的零位誤差，因?yàn)樵诠に嚿想y以保證

6、霍爾元件兩側(cè)的電極焊接在同一等電位面上，如圖保證霍爾元件兩側(cè)的電極焊接在同一等電位面上，如圖8-10所示，當(dāng)控制電流所示，當(dāng)控制電流I流過時(shí)，即使未加外磁場(chǎng)，流過時(shí)，即使未加外磁場(chǎng)，A、B兩兩電極此時(shí)仍存在電位差，此電位差被稱為不等位電勢(shì)電極此時(shí)仍存在電位差，此電位差被稱為不等位電勢(shì)U0。為了減小或消除不等位電勢(shì)，可以采用電橋平衡原理補(bǔ)償。為了減小或消除不等位電勢(shì)，可以采用電橋平衡原理補(bǔ)償。 幾種補(bǔ)償線路如圖幾種補(bǔ)償線路如圖8-11所示。圖所示。圖a）、（）、（b為常見的補(bǔ)為常見的補(bǔ)償電路，圖償電路，圖b）、（）、（c相當(dāng)于在等效電橋的兩個(gè)橋臂上相當(dāng)于在等效電橋的兩個(gè)橋臂上同時(shí)并聯(lián)電阻，圖同時(shí)

7、并聯(lián)電阻，圖d用于交流供電的情況。用于交流供電的情況。 表表8-1 8-1 部分霍爾傳感器的型號(hào)與用途部分霍爾傳感器的型號(hào)與用途霍爾式傳感器的應(yīng)用主要分為三個(gè)方面：霍爾式傳感器的應(yīng)用主要分為三個(gè)方面：當(dāng)輸入電流恒定不變時(shí)，傳感器的輸出正比于磁感應(yīng)當(dāng)輸入電流恒定不變時(shí)，傳感器的輸出正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度強(qiáng)度B B，因而，凡是能轉(zhuǎn)換為磁感應(yīng)強(qiáng)度，因而，凡是能轉(zhuǎn)換為磁感應(yīng)強(qiáng)度B B變化的物理變化的物理量均可以進(jìn)行測(cè)量，如位移、角度、轉(zhuǎn)速和加速度等。量均可以進(jìn)行測(cè)量，如位移、角度、轉(zhuǎn)速和加速度等。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B B保持恒定時(shí)，傳感器的輸出正比于控制保持恒定時(shí)，傳感器的輸出正比于控制電流電流I I

8、的變化，因而，凡能轉(zhuǎn)換為電流變化的物理量均的變化，因而，凡能轉(zhuǎn)換為電流變化的物理量均可進(jìn)行測(cè)量和控制?？蛇M(jìn)行測(cè)量和控制。由于霍爾電壓正比于控制電流由于霍爾電壓正比于控制電流I I和磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度B B，所以，所以凡是可以轉(zhuǎn)換為乘法的物理量如功率都可以進(jìn)行凡是可以轉(zhuǎn)換為乘法的物理量如功率都可以進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量。 下面介紹幾種常見的霍爾傳感器的應(yīng)用實(shí)例。下面介紹幾種常見的霍爾傳感器的應(yīng)用實(shí)例。 當(dāng)控制電流當(dāng)控制電流I I恒定不變恒定不變時(shí)，霍爾電勢(shì)時(shí)，霍爾電勢(shì)UHUH與與外磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比；外磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比；若磁場(chǎng)在一定范圍內(nèi)若磁場(chǎng)在一定范圍內(nèi)沿沿x x方向的變化方向的變化梯度梯度 為一常

9、數(shù)，為一常數(shù)，則當(dāng)霍爾元件沿則當(dāng)霍爾元件沿x x方方向移動(dòng)時(shí)，輸出的霍向移動(dòng)時(shí)，輸出的霍爾電勢(shì)為爾電勢(shì)為式中，式中，KK位移傳感器的輸出靈敏度。位移傳感器的輸出靈敏度。dxdB利用這一原理可以測(cè)量與位移有關(guān)的非電量，如力、壓力、加利用這一原理可以測(cè)量與位移有關(guān)的非電量，如力、壓力、加速度、液位和壓差等。速度、液位和壓差等。圖圖8-218-21為霍爾轉(zhuǎn)速表的示意為霍爾轉(zhuǎn)速表的示意圖。在被測(cè)轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)齒圖。在被測(cè)轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)齒盤，也可以選取機(jī)械系統(tǒng)中的盤，也可以選取機(jī)械系統(tǒng)中的一個(gè)齒輪，將線性霍爾元件及一個(gè)齒輪，將線性霍爾元件及磁路系統(tǒng)靠近齒盤。齒盤的轉(zhuǎn)磁路系統(tǒng)靠近齒盤。齒盤的轉(zhuǎn)動(dòng)使磁路的磁

10、阻隨氣隙的改變動(dòng)使磁路的磁阻隨氣隙的改變而周期地變化，霍爾元件輸出而周期地變化，霍爾元件輸出的微小脈沖信號(hào)經(jīng)過隔直、放的微小脈沖信號(hào)經(jīng)過隔直、放大、整形后就可以確定被測(cè)物大、整形后就可以確定被測(cè)物的轉(zhuǎn)速。的轉(zhuǎn)速。（2 2開關(guān)型集成霍爾傳開關(guān)型集成霍爾傳感器驅(qū)動(dòng)指示燈，其示感器驅(qū)動(dòng)指示燈，其示意圖如圖意圖如圖8-238-23所示。當(dāng)所示。當(dāng)然開關(guān)型集成霍爾傳感然開關(guān)型集成霍爾傳感器也能驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管。器也能驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管。（1 1開關(guān)型集成霍開關(guān)型集成霍爾傳感器驅(qū)動(dòng)門電路，爾傳感器驅(qū)動(dòng)門電路，其示意圖如圖其示意圖如圖8-228-22所所示。示。（3 3開關(guān)型集成開關(guān)型集成霍爾傳感器驅(qū)動(dòng)可霍爾傳感器驅(qū)動(dòng)可控硅電路。其示意控硅電路。其示意圖如圖圖如圖8-248-24所示。所示。u利用霍爾元件可以制成霍爾傳感器，霍爾傳感器是利用霍利用霍爾元件可以制成霍爾傳感器，霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)實(shí)現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換的一種傳感器。爾效應(yīng)實(shí)現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換的一種傳感器。u霍爾式傳感器的應(yīng)用可主要分為三個(gè)方面：霍爾式傳感器的應(yīng)用可主要分為三個(gè)方面：當(dāng)輸入電流當(dāng)輸入電流恒定不變時(shí)，傳感器的輸出正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度；恒定不變時(shí)，傳感器的輸出正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度；當(dāng)磁感當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)強(qiáng)度B B保持恒定時(shí)，傳感器的輸出正比于