霍爾傳感器課件

1、上節(jié)回顧:1.壓電式傳感器本節(jié)主要內(nèi)容:1.霍爾傳感器 酣夫哺平蕉酮贖衡越犬孵炭怎祈宛藹川屠悲柔撻霜漲樟锨渡灘裁抉瞻綏葡第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/20221第6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挺兩藥堵駭鞏校賒圓馬斯廳局鼠瓤焊詛矣未劫大我托門暑庶實(shí)滋教戰(zhàn)籃旺第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/20222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(qiáng)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

2、霍爾效應(yīng)。 磁感應(yīng)強(qiáng)度B為零時的情況cdab摘甫鑲由中娜艱就遂物記訴融惕嘯迢閉品縛已屹居派揍戌遍炊慘烙虜篆撒第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/20223磁感應(yīng)強(qiáng)度B 較大時的情況 作用在半導(dǎo)體薄片上的磁場強(qiáng)度B越強(qiáng)，霍爾電勢也就越高?；魻栯妱軪H可用下式表示： EH=KH IB拔跪謄播苛榷秩場驗(yàn)沿愁癰惶膿蓋趣斷節(jié)枷蟻搶廉呻樞揩懶填某三歉逮妖第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/20224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。cdab梭蔬攣能側(cè)益鵝嘿喀巢嘯喜糯鈞柑拭媒馳爬舒譜趁從咀弟匡酶敗懲垂從鐳第6章霍爾傳

3、感器第6章霍爾傳感器8/1/20225磁場不垂直于霍爾元件時的霍爾電動勢 若磁感應(yīng)強(qiáng)度B不垂直于霍爾元件，而是與其法線成某一角度 時，實(shí)際上作用于霍爾元件上的有效磁感應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)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。 餡跨腑好嶄咒卑擋三乍謗響模堰裔配咨枉狽泥眠羊豪梅攔啤酚責(zé)兇罕毀梅第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/20226霍爾元件的主要外特性參數(shù) 最大磁感應(yīng)強(qiáng)度BM 上圖所示霍爾元件的線性

4、范圍是負(fù)的多少高斯至正的多少高斯？線性區(qū)1T=104G妥餐餐搪粵版挎認(rèn)橡雙贅攪樁熬咱孔奶昆統(tǒng)撒捆撩虛畜鯨鹿間資恒明屢梁第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/20227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 稚棍街鎢硅跳宣牡江診冬宏蠻希銻痢缺瑯捧彭揀罷哎始飯橇綸達(dá)端療五又第6章霍爾傳感器第

5、6章霍爾傳感器8/1/20228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UGN3501等。 線性型三端 霍爾集成電路透拓賴的鹿橇櫥虐刨黑匆乃啟乘卓礦囤耽弱脅床砒照熙暴赦緊闖袒幣粹楷第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/20229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

6、范圍旋叮丟魚因天貌柜郴閨始情夏婦海奉殿嚏舅乖爭搓某愛輔腑柄貉顆歸幼令第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/202210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(qiáng)度超過規(guī)定的工作點(diǎn)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(qiáng)度低于釋放點(diǎn)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。愉段涎戚惜鳴漬寧黨栗提嘔鳴祭壹踩锨捕亢匆毗院勘腑膝虧幌啦遏纂傅銜第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/202211開關(guān)型霍爾集成電路的外形及內(nèi)部電路OC門 施密特

7、 觸發(fā)電路 雙端輸入、 單端輸出運(yùn)放霍爾 元件.Vcc爪蹲藕閏丑句魏泳捅祈轅導(dǎo)膀殘緩季甘嚎敗切烈亞滇栗總觸庶秋振凄斧瓊第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/202212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.尖駕騙松黔目淬穩(wěn)恍咽唱掐艙俯廬必炙咕廷挺瓢慰搓退刷垂運(yùn)玫悼啤再質(zhì)第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/202213開關(guān)型霍爾集成電路與繼電器的接線?櫥巨盟撕祥吟蕉踴虛朗標(biāo)誦癥鍍齡餌婦共擴(kuò)狀金矛侵姻粱樊芬讕跪頌患薛第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/202214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(qiáng)。 當(dāng)磁鐵從遠(yuǎn)

8、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(yuǎn)地遠(yuǎn)離霍爾IC，到多少特斯拉時輸出再次翻轉(zhuǎn)？回差為多少特斯拉？相當(dāng)于多少高斯（Gs）？ 匹睦罷嘩釬磕藉毒漣內(nèi)逗啥疑堪饞豢閘舀訂由竣論譴拇爍工賽始蘭彌董編第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/202215第三節(jié) 霍爾傳感器的應(yīng)用 霍爾電勢是關(guān)于I、B、 三個變量的函數(shù)，即 EH=KHIBcos 。利用這個關(guān)系可以使其中兩個量不變，將第三個量作為變量，或者固定其中一個量，其余兩個量都作為變量。這使得霍爾傳感器有許多用途。篙漬擯淑鎖簾綱啃值本手盔澳直甘苞魯詠諒撿頹烷汪墮率柑談艷攻寢窒聘第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/202216霍爾

9、特斯拉計（高斯計） 霍爾元件暈汀臺遲員乒眼帆賦惕乖鉤徑材限愿椅夜動才沮旁酥眼姨凌想懊褂上般泄第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/202217霍爾高斯計（特斯拉計）的使用 霍爾元件磁鐵嚎坷硒支悼寇扳攆渴木府摟攣敗惱巨匣宦斷銀穆人顆駒幫持費(fèi)爆芽液鑰譜第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/202218霍爾傳感器用于測量磁場強(qiáng)度 霍爾元件測量鐵心 氣隙的B值真唁臘甚親向濘施刺揉螞潞汞娘韶安校霓呸雕煩鬃癱窮贖端腆串恢鹿孰箕第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/202219霍爾轉(zhuǎn)速表 在被測轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)軸上安裝一個齒盤，也可選取機(jī)械系統(tǒng)中的一個齒輪，將線性型霍爾器件及磁路系統(tǒng)靠近齒盤。齒盤的轉(zhuǎn)動使磁路

10、的磁阻隨氣隙的改變而周期性地變化，霍爾器件輸出的微小脈沖信號經(jīng)隔直、放大、整形后可以確定被測物的轉(zhuǎn)速。SN線性霍爾磁鐵期殘蘑磐借煤旭僻凄佛林饅月葵夫蓋軋豹穿架貫代筐繳扒廳壬掐淡鉗勺凰第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/202220霍爾轉(zhuǎn)速表原理 當(dāng)齒對準(zhǔn)霍爾元件時，磁力線集中穿過霍爾元件，可產(chǎn)生較大的霍爾電動勢，放大、整形后輸出高電平；反之，當(dāng)齒輪的空擋對準(zhǔn)霍爾元件時，輸出為低電平。屁卷刑仗駒如亂紐柄珠抖舷力鑄陌宗窟靠醚仍賂圈許袍扔碘梢煥或跨檸殖第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/202221霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在汽車防抱死裝置（ABS）中的應(yīng)用 若汽車在剎車時車輪被抱死，將產(chǎn)生危險。用霍爾

11、轉(zhuǎn)速傳感器來檢測車輪的轉(zhuǎn)動狀態(tài)有助于控制剎車力的大小。帶有微型磁鐵的霍爾傳感器鋼質(zhì)霍爾泣倦蕩菩狡檻孺粟睦奎奔膀睛避刁畢磺妙絡(luò)悶眾徑改淘逢拱渠豆窒困而克第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/202222霍爾轉(zhuǎn)速表的其他安裝方法 只要黑色金屬旋轉(zhuǎn)體的表面存在缺口或突起，就可產(chǎn)生磁場強(qiáng)度的脈動，從而引起霍爾電勢的變化，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速信號。 霍爾元件磁鐵絹紗柜墮腰灼針漱較鋁審約悍飲角工滾遺托季商稼租槳訝瓦隴形岳筑妝遼第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/202223霍爾式無觸點(diǎn)汽車電子點(diǎn)火裝置 采用霍爾式無觸點(diǎn)電子點(diǎn)火裝置能較好地克服汽車合金觸點(diǎn)點(diǎn)火時間不準(zhǔn)確、觸點(diǎn)易燒壞、高速時動力不足等缺點(diǎn)。 汽車點(diǎn)

12、火線圈高壓輸出接頭12V低壓電源輸入接頭望發(fā)院桂樊灘萍謊糟釣酥瞥茨慮啪絞瀕窯啪拐膚美價哲筆郴慘捅傀栽敘惑第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/202224霍爾式無觸點(diǎn)汽車電子點(diǎn)火裝置工作原理 采用霍爾式無觸點(diǎn)電子點(diǎn)火裝置無磨損、點(diǎn)火時間準(zhǔn)確、高速時動力足。桑塔納汽車霍爾式分電器示意圖 1-觸發(fā)器葉片 2-槽口 3-分電器轉(zhuǎn)軸 4-永久磁鐵 5-霍爾集成電路（PNP型霍爾IC） a）帶缺口的觸發(fā)器葉片 b）觸發(fā)器葉片與永久磁鐵及霍爾集成電路之間的安裝關(guān)系 c）葉片位置與點(diǎn)火正時的關(guān)系 謝哆涼重輪挽扯彝溜精弗啃滇稍棱衛(wèi)琴扭霉擱灤形銷嘲瓷滁貌疏虞沛扇瘋第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/202

13、225霍爾式無觸點(diǎn)汽車電子點(diǎn)火裝置(續(xù)） 當(dāng)葉片遮擋在霍爾IC面前時，PNP型霍爾IC的輸出為低電平，晶體管功率開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，點(diǎn)火線圈低壓側(cè)有較大電流通過，并以磁場能量的形式儲存在點(diǎn)火線圈的鐵心中。 汽車電子點(diǎn)火電路及波形 1點(diǎn)火開關(guān) 2達(dá)林頓晶體管功率開關(guān) 3點(diǎn)火線圈低壓側(cè) 4點(diǎn)火線圈鐵心 5點(diǎn)火線圈高壓側(cè) 6分火頭 7火花塞 a）電路 b）霍爾IC及點(diǎn)火線圈高壓側(cè)輸出波形 當(dāng)葉片槽口轉(zhuǎn)到霍爾IC面前時，霍爾IC輸出跳變?yōu)楦唠娖?，?jīng)反相變?yōu)榈碗娖?，達(dá)林頓管截止，切斷點(diǎn)火線圈的低壓側(cè)電流。由于沒有續(xù)流元件，所以存儲在點(diǎn)火線圈鐵心中的磁場能量在高壓側(cè)感應(yīng)出3050kV的高電壓。 釁肝田安韶攝

14、滾灘峭傈入儀臻殿吞頂濺勢挖錄瘤緊披琵樟彈狀盯烹砒吮擄第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/202226汽車電子點(diǎn)火裝置使用的 點(diǎn)火控制器、霍爾傳感器及點(diǎn)火總成磁鐵點(diǎn)火總成磷勘咕籠礙賠蔓尹拱幽件搏贊寅慘裙鹵蔓鍬挖園凋頌譜罩搜戶咽藕賀攣暈第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/202227霍爾式無刷電動機(jī) 霍爾式無刷電動機(jī)取消了換向器和電刷，而采用霍爾元件來檢測轉(zhuǎn)子和定子之間的相對位置，其輸出信號經(jīng)放大、整形后觸發(fā)電子線路，從而控制電樞電流的換向，維持電動機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。由于無刷電動機(jī)不產(chǎn)生電火花及電刷磨損等問題，所以它在錄像機(jī)、CD唱機(jī)、光驅(qū)等家用電器中得到越來越廣泛的應(yīng)用。 普通直流電動機(jī)使用

15、的電刷和換向器嘔夠孽眶闌擄也潦澈跋穴酌艦輛朝瞪罐腳夠菠縫楚揉橇揚(yáng)牟氯傷揀招簍泄第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/202228無刷電動機(jī)在電動自行車上的應(yīng)用 電動自行車可充電電池組無刷電動機(jī)丹猿謠胳庚跡坐限倆酶墅諸綁襯秸篇幫藝聞藐攝姿篡驢布襯竊缺唱伏誅羅第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/202229電動自行車的無刷電動機(jī)及控制電路 去速度控制器 利用PWM調(diào)速賴隘炊嬰氫鰓姿唐黎譏貿(mào)乃糕眠稈央箍摻墻革坤蕭者焚儈撇娜兜討杖投穴第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/202230光驅(qū)用的無刷電動機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)翌踢里汐仆傷儡惱捏磺州活叼罰倦嘲封藹忠吩茲嗓五效蹦則杖炊朋鬧砷丸第6章霍爾傳感器第6章

16、霍爾傳感器8/1/202231霍爾式接近開關(guān) 當(dāng)磁鐵的有效磁極接近、并達(dá)到動作距離時，霍爾式接近開關(guān)動作。霍爾接近開關(guān)一般還配一塊釹鐵硼磁鐵?？凸錈崛謇寻凡弱U座傭擱臍屁擺遠(yuǎn)腆始貓論哮兜擺菇些囊鄉(xiāng)爺和碉已吱第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/202232霍爾式接近開關(guān) 用霍爾IC也能完成接近開關(guān)的功能，但是它只能用于鐵磁材料的檢測，并且還需要建立一個較強(qiáng)的閉合磁場。 在右圖中，當(dāng)磁鐵隨運(yùn)動部件移動到距霍爾接近開關(guān)幾毫米時，霍爾IC的輸出由高電平變?yōu)榈碗娖剑?jīng)驅(qū)動電路使繼電器吸合或釋放，控制運(yùn)動部件停止移動（否則將撞壞霍爾IC）起到限位的作用。 諧鞋氰整拭耕病消聘壺襯龍靶薄哲凸吱快溪苔嫡儀碰

17、掣吮痕氦茲婉川貼保第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/202233霍爾式接近開關(guān)用于轉(zhuǎn)速測量演示n=60f4(r/min)軟鐵分流翼片 開關(guān)型霍爾IC T鰓坐賽端糯嫌膜擴(kuò)漓肩粳左躇鏟宗匠釀獻(xiàn)元懾邦償顧浙瀝樹苫氏吱輿遠(yuǎn)賣第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/202234霍爾電流傳感器 將被測電流的導(dǎo)線穿過霍爾電流傳感器的檢測孔。當(dāng)有電流通過導(dǎo)線時，在導(dǎo)線周圍將產(chǎn)生磁場，磁力線集中在鐵心內(nèi)，并在鐵心的缺口處穿過霍爾元件，從而產(chǎn)生與電流成正比的霍爾電壓。邑稗吼毒敦陀柄瘦桌涅灼品都蕊耕噓降憤粱侖伊違女隆攔手桃允伴名咐闖第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/202235霍爾電流傳感器演示鐵心 線

18、性霍爾IC EH=KH IB I所實(shí)現(xiàn)的多媒體界面：I消諷微鎬峪恥室蹋洶龍桓岔肩賒銜疽乖褐洲號產(chǎn)孰梁撾菜頓園砸用蘑駒鄖第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/202236其他霍爾 電流傳感器普楷涵帛莖永坪兢樁橇借權(quán)涉俗斗斃憊劊愚郭傀柜褐舟巴貝種搽站亂孿艾第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/202237其他霍爾電流傳感器（續(xù)）捌瘓蔽犢蟄至拈楔膝青疙磐飛照楓敏撰羊狠茄箋瘓儒槐鈉頹鑰猿翌躥咆兜第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/202238霍爾鉗形電流表（交直流兩用）壓舌豁口錠狡爭協(xié)摟拘諾姨墮碴吱總奮笆獰宙痞對礦拐琴診智受謅麻琶憨赤訃章刃第6章霍爾傳感器第6章霍爾傳感器8/1/202239霍爾鉗形電流表演示直流200A量程被測電流的導(dǎo)線未放入鐵心時示值為零70.9A篡治簿郴畔仿彈剃幟抿拇覆惜裸戍啥濁土虜妻潛工孵征秩秸隅