霍爾式傳感器原理及應(yīng)用

霍爾式傳感器原理及應(yīng)用第一頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)會受到洛倫茲力FL的作用洛倫茲力FL的方向由左手定則決定洛倫茲力的作用結(jié)果，使帶電粒子偏向c，d電極在垂直于B和I的方向上產(chǎn)生一感應(yīng)電動(dòng)勢VH該現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電動(dòng)勢VH稱為霍爾電勢1.基本原理厚度為d的N型半導(dǎo)體薄片上垂直作用了磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場若在一個(gè)方向上通以電流IN型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子為電子

——它沿與電流的相反方向運(yùn)動(dòng)第二頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五第三頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五霍爾電勢VH的大小

由下式?jīng)Q定：(3-48)式中KH——霍爾常數(shù)，表示單位磁感應(yīng)強(qiáng)度和單位控制電流下所得的開路霍爾電勢，取決于材質(zhì)、元件尺寸，并受溫度變化影響；

α——電流方向與磁場方向夾角，如兩者垂直，則sinα＝1。純金屬中自由電子濃度過高，霍爾效應(yīng)微弱，無實(shí)用價(jià)值半導(dǎo)體是霍爾元件的常用材料材料的厚度d愈小，則KH就愈大、靈敏度愈高第四頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五2.霍爾傳感器的應(yīng)用片芯是一塊矩形半導(dǎo)體薄片一般采用N形鍺、銻化銦、砷化銦、砷化鎵和磷砷化銦等長邊兩側(cè)面焊有兩根控制電流極引線，短邊兩側(cè)面的中點(diǎn)焊以兩導(dǎo)線

輸出霍爾電勢霍爾芯片一般用非磁性金屬、陶瓷或環(huán)氧樹脂封裝(3-48)式(3-48)可知，改變I或B，或兩者同時(shí)改變均會引起VH的變化利用該原理可以做成各種傳感元件霍爾傳感器的結(jié)構(gòu)

第五頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五在磁場和控制電流的作用下，輸出端有電壓輸出使用時(shí)，I和B都可作為輸入信號，輸出信號正比于兩者的乘積建立霍爾電勢所需的時(shí)間極短(10-12~10-14)所測外界信號頻率可以很高(3-48)霍爾元件的基本電路

R為調(diào)節(jié)電阻，調(diào)節(jié)控制電流的大小VH兩端為霍爾電勢輸出端第六頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五霍爾元件可制成位移傳感器霍爾元件置于兩相反方向的磁場中在a、b兩端通入控制電流i左半產(chǎn)生的霍爾電勢VH1和右半產(chǎn)生的霍爾電勢VH2方向相反c，d兩端輸出電壓是VH1-VH2，若使初始位置時(shí)VH1=VH2，則輸出電壓為零。當(dāng)霍爾元件相對于磁極作x方向位移時(shí)，可得到輸出電壓VH=VH1-VH2，且ΔVH數(shù)值正比于位移量Δx，正負(fù)方向取決于位移Δx的方向霍爾元件傳感器既能測量位移的大小，又能鑒別位移的方向第七頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五霍爾元件在靜止?fàn)顟B(tài)下具有感受磁場的獨(dú)特能力霍爾元件的特點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)簡單可靠體積小噪聲低動(dòng)態(tài)范圍大(輸出電壓變化范圍可達(dá)1000:1)頻率范圍寬(從直流到微波頻段)壽命長價(jià)格低第八頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五可以廣泛應(yīng)用于測量：

位移可轉(zhuǎn)化為位移的力和加速度磁場變化應(yīng)用中不用永久磁鐵產(chǎn)生的磁場，而是用一個(gè)可變電流作激磁的可變磁場，輸出電壓就決定于控制電流和激磁電流的乘積——霍爾元件就成了一種兩個(gè)模擬信號的乘法器

第九頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五第十頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五第十一頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五第十二頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五第十三頁，共十六頁，