《自动检测技术》课件.ppt

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1、《自动检测技术》第八章霍尔传感器本章介绍霍尔传感器的工作原理、霍尔集成电路的特性及其在检测技术中的应用，还涉及交直流霍尔电流传感器、霍尔电压传感器的原理及输出信号的换算。8.1霍尔元件的工作原理及特性8.2霍尔集成电路8.3霍尔传感器的应用第八章霍尔传感器目录一、霍尔元件的工作原理及特性霍尔效应:半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH，导电薄膜越薄，灵敏度就越高。1、工作原理影响霍尔电动势的因数流入激励电流端（a、b）

2、的电流Iab越大，电子和空穴积累得就越多，霍尔电动势也就越高。作用在薄片上的磁感应强度B越强，电子受到的洛仑兹力也越大，霍尔电动势也就越高。薄片的厚度、半导体材料中的电子浓度等因素对霍尔电动势也有很大的影响。设半导体薄片的厚度为δ，霍尔元件中的电子浓度为n，电子的电荷量为e，则霍尔电动势EH可用下式表示：霍尔电动势与灵敏度式中的n、e、δ在薄片的尺寸、材料确定后均为常数，可令KH=1/(neδ)，则上式可简化为：EH=KHIB式中：KH——霍尔元件的灵敏度。由于金属材料中的电子浓度n很大，所以灵敏度K

3、H非常小。而半导体材料中的电子浓度较小，所以灵敏度比较高。因此作用在半导体薄片上的磁场强度B越强，霍尔电势也就越高。霍尔元件的工作原理分析磁感应强度B为零时的情况cdab磁感应强度B较大时的情况abcd霍尔效应演示当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作用，向内侧（d侧）偏移，在半导体薄片c、d方向的端面之间建立起霍尔电势。cdabdabc磁场不垂直于霍尔元件时的霍尔电动势若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法线成某一角度时，实际上作用于霍尔元件上的有效磁感应强度是其法线方向（与薄片垂直的方向）

4、的分量，即Bcos，这时的霍尔电动势为：EH=KHIBcoscdb结论：霍尔电势与输入电流I、磁感应强度B成正比。当B的方向改变时，霍尔电势的方向也随之改变。如果所施加的磁场为交变磁场，霍尔电势为同频率的交变电势。2、霍尔元件的特性参数A、输入电阻Ri是指霍尔元件两激励电流端的直流电阻。数值从几十欧到几百欧。当使用电流源激励时，原件温度会升高，输入电阻会变小，从而使输入电流变大，并引起霍尔电动势变大，产生测量误差。为减小温漂，最好使用恒流源作为激励源。B、最大激励电流Im由于霍尔电势随激励电流增大

5、而增大，故在应用中总希望选用较大的激励电流。但激励电流增大，霍尔元件的功耗增大，元件的温度升高，从而引起霍尔电势的温漂增大，因此每种型号的元件均规定了相应的最大激励电流，它的数值从几毫安至十几毫安。2、霍尔元件的特性参数（续）C、灵敏度KH是在磁场垂直于霍尔元件的测试条件下，KH=EH/(IB)，它的单位是mV/(mA*T)。D、最大磁感应强度Bm当磁感应强度超过Bm时，霍尔电动势的非线性误差将明显增大，Bm的数般一值零点几个特斯拉（T），1Gs=10-4T。E、不等位电动势是指在额定激励电流下，当外

6、加磁场为零时，霍尔元件输出端之间的开路电压（E0）。F、霍尔电动势温度系数是指在一定磁场强度和激励电流作用下，温度每变化1度时，霍尔电动势变化的百分数。以下哪一个激励电流的数值较为妥当？8μA0.8mA8mA80mA霍尔元件的等效电路在a、b、c、d四个端点之间,等效于一个四臂电桥霍尔元件的不等位电动势及调零在额定激励电流下，当外加磁场为零时，霍尔输出端之间的开路电压称为不等位电动势E0，它是由于4个电极的几何尺寸不对称引起的。霍尔集成电路的调零当UGN3501M感受的磁场为零时，调节5、6、7之间的

7、调零电位器，可使第1引脚相对于第8引脚的输出电压等于零。二、霍尔集成电路霍尔集成电路可分为线性型和开关型两大类。线性型集成电路是将霍尔元件和恒流源、线性差动放大器等做在一个芯片上，输出电压为伏级，比直接使用霍尔元件方便得多。较典型的线性型霍尔器件如UGN3501等。线性型三端霍尔集成电路线性型霍尔特性右图示出了具有双端差动输出特性的线性霍尔器件的输出特性曲线。当磁场为零时，它的输出电压等于零；当感受的磁场为正向（磁钢的S极对准霍尔器件的正面）时，输出为正；磁场反向时，输出为负。线性范围?开关型霍尔集成

8、电路开关型霍尔集成电路是将霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器、OC门（集电极开路输出门）等电路做在同一个芯片上。当外加磁场强度超过规定的工作点时，OC门由高阻态变为导通状态，输出变为低电平；当外加磁场强度低于释放点时，OC门重新变为高阻态，输出高电平。较典型的开关型霍尔器件如UGN3020等。开关型霍尔集成电路的外形及内部电路OC门施密特触发电路双端输入、单端输出运放霍尔元件.Vc开关型霍尔集成电路（OC门输出）的接线开始接线?接线完毕开关型霍尔集