霍爾式傳感器 (2)課件

4.15霍爾式傳感器4.15.1霍爾式傳感器工作原理4.15.2霍爾元件的特性及其補(bǔ)償4.15.3霍爾集成電路4.15.4霍爾傳感器的應(yīng)用及實(shí)例4.15.1霍爾式傳感器工作原理霍爾式傳感器是基于某些半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)原理制成的。半導(dǎo)體薄片的兩端通以電流，而在垂直方向施加磁感應(yīng)強(qiáng)度，在半導(dǎo)體的兩側(cè)會產(chǎn)生電動(dòng)勢，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，見圖4-145a。產(chǎn)生的電動(dòng)勢稱為霍爾電動(dòng)勢；半導(dǎo)體薄片稱為霍爾元件。圖4-145霍爾效應(yīng)及基本電路設(shè)霍爾元件為N型半導(dǎo)體材料制成，電子為多數(shù)載流子，施加電流后，多數(shù)載流子沿著相反的方向運(yùn)動(dòng)，電子在磁場中受到洛侖茲力的作用，即：式中，為電子電量；為電子的速度。在的作用下，電子向一側(cè)偏轉(zhuǎn)，見圖4-145a的虛線所示。因此，在半導(dǎo)體薄片的一側(cè)有電子積累而帶負(fù)電荷，而另一側(cè)因缺少電子而帶正電荷，于是在半導(dǎo)體薄片兩側(cè)建立靜電場。作用于運(yùn)動(dòng)電子的電場力為：式中，為霍爾元件的寬度?；魻栐撵`敏度是極為重要的參數(shù)。表示霍爾元件在單位電流、單位磁感應(yīng)強(qiáng)度作用下，元件輸出霍爾電勢的大小。一般要求愈大愈好。半導(dǎo)體的電子濃度適中，而且可通過摻雜來控制電子濃度，因此，毫不例外地應(yīng)采用半導(dǎo)體作為霍爾元件的材料。此外，愈小，愈大，但是不能做得太薄，否則增加霍爾元件的輸入和輸出電阻。式（4-157）是在磁感應(yīng)強(qiáng)度與元件平面垂直條件下導(dǎo)出的。若與元件平面法線成一角度，則作用于元件的有效磁感應(yīng)強(qiáng)度為，因此，式（4-157）變?yōu)椋夯魻栐幕具B接電路見圖4-145b。圖中，RP調(diào)節(jié)元件的電流；為霍爾元件的負(fù)載電阻，通常為放大器或測量電路的輸入阻抗。4.15.2霍爾元件的特性及其補(bǔ)償霍爾元件的特性：特性

磁感應(yīng)強(qiáng)度

為常數(shù)，在一定溫度下，電流

與

之間的關(guān)系稱為元件的

特性，見圖4-146a。特性

電流

固定，霍爾元件開路輸出

與磁感應(yīng)強(qiáng)度

的關(guān)系稱為元件的

特性，見圖4-146b。特性

霍爾元件的輸入電阻或輸出電阻與磁感應(yīng)強(qiáng)度

的關(guān)系稱為元件的

特性，見圖4-146c。圖4-146霍爾元件的特性霍爾元件特性補(bǔ)償如前所述，霍爾元件用半導(dǎo)體材料制成。由于半導(dǎo)體的特性受環(huán)境溫度的影響較嚴(yán)重，故必須對霍爾元件的特性進(jìn)行補(bǔ)償。溫度補(bǔ)償圖4-147霍爾元件的特性補(bǔ)償a）恒流源b）熱敏電阻補(bǔ)償電流c）熱敏電阻補(bǔ)償

4.15.3霍爾集成電路隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，目前霍爾元件與測量電路已集成化，二者融為一體?；魻柤蓧K有線性集成塊和開關(guān)集成塊兩種。線性集成塊又有內(nèi)部有線性化補(bǔ)償和內(nèi)部無線性化補(bǔ)償兩種。開關(guān)型集成電路

開關(guān)型霍爾集成電路內(nèi)部組成框圖見圖4-149a。線性集成電路

線性霍爾集成電路的組成框圖見圖4-149b?；魻柤呻娐返耐庑我妶D4-149c。使用時(shí)磁敏感面應(yīng)正對磁感應(yīng)強(qiáng)度。圖4-149霍爾集成電路框圖及其外形a）開關(guān)型集成電路框圖

b）線性集成電路框圖

c）外形圖4.15.4霍爾傳感器的應(yīng)用及實(shí)例圖4-150無觸點(diǎn)照明控制器原理電路無觸點(diǎn)照明控制器

該控制器電路原理見圖4-150。采用永久磁鋼開關(guān)和開關(guān)型集成霍爾傳感器UGN3040L。GTJ3-1A為具有高低壓隔離的光電固體繼電器。交直流鉗形數(shù)字電流表

儀表原理見圖4-151。在環(huán)形鉗口式磁集束器的空氣隙中放置一塊線性霍爾集成片。磁集束器的作用是將載流