霍爾元件簡介及應(yīng)用

霍爾元件簡介及應(yīng)用霍爾元件簡介及應(yīng)用霍爾元件之作用原理也就是，所謂霍耳效應(yīng)如圖1所示，系指將電流I通至一物質(zhì)，并對與電流成正角之方向施加磁場B時，在電流與磁場兩者之直角方向所產(chǎn)生的電位差V之現(xiàn)象。此電壓是在下列情況下所產(chǎn)生的，有磁場B時，由于弗萊銘(Fleming)左手定則，使洛仁子力(即可使流過物質(zhì)中之圖1霍爾組件之原理在平板圖2系表示3～5端子之霍爾組件的使用方法，在三端子霍爾元件之輸出可以產(chǎn)生輸入端子電壓之大致一半與輸出信號電壓之和的電壓，而在四端子及五端子霍爾組件中，在原理上雖然可以免除輸入端子電壓的影響，但實際上即使在無磁場時，也有起因于組件形狀之不平衡等因素之不平衡電壓存在。(a)3 腳組件 (b)4 腳組件 (c)5 腳組件圖2霍爾組件使用方法種類及接法構(gòu)造：無鐵心型鐵心型測試用探針霍爾集成接法：三端子組件四端子組件五端子組件用途霍爾組件有下列三種用法：事先使一定電流流過霍爾組件，用以檢出磁場或變換成磁場的其它物理量的方法。利用組件的電流、磁場及作為其變量的該兩種量的乘法作用的方法。利用非相反性(即在一定磁場中，使與輸入端子通以電流時所得的輸出同方向的電流流過輸出端子時，在輸入端子會產(chǎn)生與最初的電壓反方向的霍爾電壓的現(xiàn)象)的方法。上述各種使用方法的具體例參照前述磁電變換組件的用途的項所述。在這些具體例中，有不少在組件的靈敏度及溫度特性上，霍爾組件形成1匝(Turn)的線圈有妨礙而難以符合實用。但利用霍爾探針測定磁場因?qū)儆诒容^簡便的用法，已經(jīng)定型，另外例如無電刷馬達(霍爾馬達)霍爾元件供電圖3定電壓圖4定電壓驅(qū)動之二圖5定電流驅(qū)動之一圖6定電流驅(qū)動之二圖7霍爾在一個結(jié)晶片中形成有霍爾組件及放大并圖8霍爾集成電路的構(gòu)造作用原理磁場強度可利用形成在結(jié)晶片的一部份的霍爾組件變換成電氣信號(參照前述霍爾組件的作用原理)。結(jié)晶通常使用半導(dǎo)體硅，霍爾組件的磁場靈敏度為10～20mV/K.Oe。此信號經(jīng)形成在同一結(jié)晶中的信號處理電路放大后，作為適合所定目的的信號電壓被取出。通常四根導(dǎo)線中的兩根連接于一方接地的表1依輸出電壓分類時的種類(a) 線性型 (b) 開關(guān)型圖9霍爾集成電路的輸出特性開關(guān)型霍爾集成電路可在一定范圍的磁場中獲得ON-OFF的電壓，此開關(guān)型對磁場的磁滯(Hysteresis)現(xiàn)象，乃是為使開關(guān)動作更為霍爾集成電路線性型確實起見而故意如此設(shè)計的。依照制造方法加以分類時如表2所示，但任何一種制造方法雖然均可獲得同樣的特性，在現(xiàn)階段中，雙極性型霍爾集成電路已開始進入商品化的階段。表2依制造方法分類時的種類用途霍爾集成電路通常使用于前述磁電變換組件的項所述的(A-1)、(A-2)范圍的用途，在這些用途的中，特別像開關(guān)那樣，以磁氣為媒介將位置的變化、速度、回轉(zhuǎn)等的物理量變換為電氣量時，使用起來非常簡單。使用霍爾集成電路的開關(guān)系如圖2-21所示，這種開關(guān)具有：(1)無震動(Chattering)，(2)不生雜音，(3)使用壽命長，可靠度高，(4)響應(yīng)速度快等特征，已經(jīng)實際被使用作為高級的鍵盤用開關(guān)。圖10使用霍爾集成電路的開關(guān)圖11是A44E集成霍耳開關(guān),A44E集成霍耳開關(guān)由穩(wěn)壓器A、霍耳電勢發(fā)生器(即硅霍耳片)(mT)、差分放大器C、施密特觸發(fā)器D和OC門輸出E五個基本部分組成，如圖12(a)所示。(1)、(2)、(3)代表集成霍耳開關(guān)的三個引出端點。在輸入端輸入電壓VCC，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍耳電勢發(fā)生器的兩端，根據(jù)霍耳效應(yīng)原理，當(dāng)霍耳片處在磁場中時，在垂直于磁場的方向通以電流，則與這二者相垂直的方向上將會產(chǎn)生霍耳電勢差 HV輸出，該HV信號經(jīng)放大器放大后送至施密特觸發(fā)器整形，使其成為方波輸送到 OC門輸出。當(dāng)施加的磁場達到工作點(即BOP)時，觸發(fā)器輸出高電壓(相對于地電位)，使三極管導(dǎo)通，此時 OC門輸出端輸出低電壓，通常稱這種狀態(tài)為開。當(dāng)施加的磁場達到釋放點(即BrP)時，觸發(fā)器輸出低電壓，三極管截止，使 OC門輸出高電壓，這種狀態(tài)為關(guān)。這樣兩次電壓變換，使霍耳開關(guān)完成了一次開關(guān)動作。BOP與BrP 的差值一定，此差值 BH=BOP-BrP 稱為磁滯，在此差值內(nèi)，V0保持不變，因而