霍尔集成电路的应用

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1、霍尔集成电路的应用1 引言 霍尔集成电路是一种磁敏传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔集成电路以霍尔效应为其工作基础。 霍尔集成电路具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。 按照霍尔集成电路的功能可将它们分为:霍尔线性集成电路和霍尔开关集成电路。前者输出模拟量，后者输出数字量。 霍尔线性集成电路的精度高、线性度好；霍尔开关集成电路无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达μm级）。取用了各种

2、补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达－55℃～150℃。 通过霍尔集成电路将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。 2  霍尔效应和霍尔集成电路 2.1  霍尔效应 如图1所示，在一块通电的半导体薄片上，加上和片子表面垂直的磁场B，在薄片的横向两侧会出现一个电压，如图1中的VH，这种现象就是霍尔效应，是由科学家爱德文·霍尔在1879年发现的。VH称为霍尔电压。  2.2  霍尔器件 霍尔器件分为:霍尔元件和霍尔集成电路两大类，前

3、者是一个简单的霍尔片，使用时常常需要将获得的霍尔电压进行放大。后者将霍尔片和它的信号处理电路集成在同一个芯片上。 2.2.1  霍尔元件 在片子上作四个电极，其中C1、C2间通以工作电流I，C1、C2称为电流电极，C3、C4间取出霍尔电压VH，C3、C4称为敏感电极。将各个电极焊上引线，并将片子用塑料封装起来，就形成了一个完整的霍尔元件（又称霍尔片）。霍尔元件可用多种半导体材料制作，如Ge、Si、InSb、GaAs、InAs、InAsP以及多层半导体异质结构量子阱材料等等。  InSb和GaAs霍尔元件输出特性见图1霍尔元件的输出特性 这些霍尔元件大量用

4、于直流无刷电机和测磁仪表。 2.2.2  霍尔集成电路2.2.2.1  霍尔线性集成电路它由霍尔元件、差分放大器和射极跟随器组成。其输出电压和加在霍尔元件上的磁感强度B成比例，它的功能框图和输出特性示于图2和图3。 这类电路有很高的灵敏度和优良的线性度，适用于各种磁场检测。霍尔线性电路的性能参数见表3。   图2 霍尔线性电路UGN3501的磁电转换特性曲线 图3 霍尔线性电路的功能框图   型号VccV线性范围mT工作温度℃灵敏度S/mV/mT静态输出电压Vo/VminmidmaxminmidmaxUGN35018～12±100－20～＋853.57.

5、0－2.53.65.0UGN35034.5～6±90－20～＋857.513.530.02.252.52.75型号  IOUT/mA  Ro/kΩ  Icc/mA  乘积灵敏度V/A·0.1T  输出形式  引脚排列  外形结构  typ  max  1  2  3  4  UGN3501  4.0  0.1  10  20  －  射极输出  VCC  地  输出  －  CI/P  UGN3503  －  0.05  9.0  14  －  射极输出  VCC  地  输出  －  CI/P  表3 霍尔线性电路的特性参数2.2.2.2 霍尔开关集成

6、电路霍尔开关集成电路又称霍尔数字电路，由稳压器、霍尔片、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成。在外磁场的作用下，当磁感应强度超过导通阈值BOP时，霍尔电路输出管导通，输出低电平。之后，B再增加，仍保持导通态。若外加磁场的B值降低到BRP时，输出管截止，输出高电平。我们称BOP为工作点，BRP为释放点，BOP－BRP=BH称为回差。回差的存在使开关电路的抗干扰能力增强。霍尔开关电路的功能框见图4。图4(a)表示集电极开路(OC)输出，(b)表示双输出。它们的输出特性见图5，图5(a)表示普通霍尔开关，(b)表示锁定型霍尔开关的输出特性。 (a) 单OC输出

7、 (b)双OC输出 图4  霍尔开关集成电路的功能框图 (a)开关型输出特性 (b)锁定型输出特性   图5  霍尔开关集成电路的输出特性 一般规定，当外加磁场的南极(S极)接近霍尔电路外壳上打有标志的一面时，作用到霍尔电路上的磁场方向为正，北极接近标志面时为负。 锁定型霍尔开关电路的特点是：当外加场B正向增加，达到BOP时，电路导通，之后无论B增加或减小，甚至将B除去，电路都保持导通态，只有达到负向的BRP时，才改变为截止态，因而称为锁定型。霍尔开关电路的性能参数见表4。 表4  霍尔开关电路的特性参数型号VCCVBopmTBRPmTBHmTIccmA

8、IomAVosatIoffμA备注CS10184.8～18－14～20－20～1