霍爾元件的結(jié)構(gòu)及工作原理--霍爾集成電路

1、第八章 霍爾傳感器 本章主要學(xué)習(xí)霍爾傳感器 的工作原理、霍爾集成電路的特性及其在檢測技術(shù)中的應(yīng)用，還涉及磁場測量技術(shù)。 霍爾元件是一種四端元件7/21/20221第一節(jié) 霍爾元件的結(jié)構(gòu)及工作原理 半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強度為B 的磁場中，磁場方向垂直于薄片，當(dāng)有電流I 流過薄片時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢EH，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。 磁感應(yīng)強度B為零時的情況cdab7/21/20222磁感應(yīng)強度B 較大時的情況 作用在半導(dǎo)體薄片上的磁場強度B越強，霍爾電勢也就越高?；魻栯妱軪H可用下式表示： EH=KH IB7/21/20223霍爾效應(yīng)演示 當(dāng)磁場垂直于薄片時，電子受到洛侖茲力的作

2、用，向內(nèi)側(cè)偏移，在半導(dǎo)體薄片c、d方向的端面之間建立起霍爾電勢。cdab7/21/20224磁場不垂直于霍爾元件時的霍爾電動勢 若磁感應(yīng)強度B不垂直于霍爾元件，而是與其法線成某一角度 時，實際上作用于霍爾元件上的有效磁感應(yīng)強度是其法線方向（與薄片垂直的方向）的分量，即Bcos，這時的霍爾電勢為 EH=KHIBcos 結(jié)論：霍爾電勢與輸入電流I、磁感應(yīng)強度B成正比，且當(dāng)B的方向改變時，霍爾電勢的方向也隨之改變。如果所施加的磁場為交變磁場，則霍爾電勢為同頻率的交變電勢。 7/21/20225霍爾元件的主要外特性參數(shù) 最大磁感應(yīng)強度BM 上圖所示霍爾元件的線性范圍是負(fù)的多少高斯至正的多少高斯？線性區(qū)

3、7/21/20226霍爾元件的主要外特性參數(shù)（續(xù)） 最大激勵電流IM : 由于霍爾電勢隨激勵電流增大而增大，故在應(yīng)用中總希望選用較大的激勵電流。但激勵電流增大，霍爾元件的功耗增大，元件的溫度升高，從而引起霍爾電勢的溫漂增大，因此每種型號的元件均規(guī)定了相應(yīng)的最大激勵電流，它的數(shù)值從幾毫安至十幾毫安。 以下哪一個激勵電流的數(shù)值較為妥當(dāng)？5A 0.1mA 2mA 80mA 7/21/20227第二節(jié) 霍爾集成電路 霍爾集成電路可分為線性型和開關(guān)型兩大類。 線性型集成電路是將霍爾元件和恒流源、線性差動放大器等做在一個芯片上，輸出電壓為伏級，比直接使用霍爾元件方便得多。較典型的線性型霍爾器件如UGN35

4、01等。 線性型三端 霍爾集成電路7/21/20228線性型霍爾特性 右圖示出了具有雙端差動輸出特性的線性霍爾器件的輸出特性曲線。當(dāng)磁場為零時，它的輸出電壓等于零；當(dāng)感受的磁場為正向（磁鋼的S極對準(zhǔn)霍爾器件的正面）時， 輸出為正；磁場反向時，輸出為負(fù)。 請畫出線性范圍7/21/20229開關(guān)型霍爾集成電路 開關(guān)型霍爾集成電路是將霍爾元件、穩(wěn)壓電路、放大器、施密特觸發(fā)器、OC門（集電極開路輸出門）等電路做在同一個芯片上。當(dāng)外加磁場強度超過規(guī)定的工作點時，OC門由高阻態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，輸出變?yōu)榈碗娖?；?dāng)外加磁場強度低于釋放點時，OC門重新變?yōu)楦咦钁B(tài)，輸出高電平。較典型的開關(guān)型霍爾器件如UGN3020等。7/21/202210開關(guān)型霍爾集成電路的外形及內(nèi)部電路OC門 施密特 觸發(fā)電路 雙端輸入、 單端輸出運放霍爾 元件.Vcc7/21/202211開關(guān)型霍爾集成電路（OC門輸出）的接線 請按以下電路，將下一頁中的有關(guān)元件連接起來.7/21/202212開關(guān)型霍爾集成電路與繼電器的接線?7/21/202213開關(guān)型霍爾集成電路的史密特輸出特性 回差越大，抗振動干擾能力就越強。 當(dāng)磁鐵從遠到近地接近霍爾IC，到多少特斯拉時輸出翻轉(zhuǎn)？當(dāng)磁鐵從近到遠地遠離霍爾IC，到多少特斯拉時輸出再次翻轉(zhuǎn)