線性集成霍爾傳感器課件

2023/6/101第8章霍爾傳感器2023/6/102引言霍爾傳感器是基于霍爾效應(yīng)的一種傳感器。1879年美國(guó)物理學(xué)家霍爾首先在金屬材料中發(fā)現(xiàn)了霍爾效應(yīng)，但由于金屬材料的霍爾效應(yīng)太弱而沒(méi)有得到應(yīng)用。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)始用半導(dǎo)體材料制成霍爾元件，由于它的霍爾效應(yīng)顯著而得到應(yīng)用和發(fā)展?；魻杺鞲衅鲝V泛用于電磁測(cè)量、壓力、加速度、振動(dòng)等方面的測(cè)量。2023/6/1038.1霍爾傳感器的工作原理金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度B的磁場(chǎng)（磁場(chǎng)方向垂直與薄片）中，當(dāng)有電流I通過(guò)時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)UH，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。該電勢(shì)UH

稱霍爾電勢(shì)。8.1.1霍爾效應(yīng)2023/6/104霍爾效應(yīng)一塊長(zhǎng)為L(zhǎng)、寬為W、厚為d的N型半導(dǎo)體薄片，位于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，B垂直于L-W平面，沿L通電流I，N型半導(dǎo)體的載流體-電子將受到B產(chǎn)生的洛侖茲力FB的作用2023/6/105洛侖茲力FL使電子向垂直于B和自由電子運(yùn)動(dòng)方向偏移，其方向符合右手螺旋定律，即電子有向某一端積聚的現(xiàn)象，使半導(dǎo)體—端面產(chǎn)生負(fù)電荷積聚，另一端面則為正電荷積聚。由于電荷積聚，產(chǎn)生靜電場(chǎng)，稱為霍爾電場(chǎng)。該靜電場(chǎng)對(duì)電子的作用力FE與洛侖茲力FL的方向相反，將阻止電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)，其大小為

8.1.2基本原理2023/6/106電場(chǎng)力阻止電子繼續(xù)向原側(cè)面積累，當(dāng)電子所受電場(chǎng)力和洛侖茲力相等時(shí)，電荷的積累達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，由于存在EH，半導(dǎo)體片兩側(cè)面間出現(xiàn)電位差UH

，稱為霍爾電勢(shì)2023/6/107磁場(chǎng)與薄片法線夾角為

2023/6/108常用的霍爾元件材料鍺、硅、砷化銦、銻化銦等半導(dǎo)體材料。其中N型鍺容易加工制造，其霍爾系數(shù)、溫度性能和線性度都較好。N型硅的線性度最好，其霍爾系數(shù)、溫度性能同N型鍺相近。銻化銦對(duì)溫度最敏感，尤其在低溫范圍內(nèi)溫度系數(shù)大，但在室溫時(shí)其霍爾系數(shù)較大。砷化銦的霍爾系數(shù)較小，溫度系數(shù)也較小，輸出特性線性度好。2023/6/109霍爾元件的材料特性2023/6/10108.1.3霍爾元件的主要參數(shù)1.額定功耗

2.輸入電阻

和輸出電阻

3.不平衡電勢(shì)

4.霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)

5.內(nèi)阻溫度系數(shù)

6.靈敏度

1．主要特性參數(shù)2023/6/10118.1.4霍爾元件的基本測(cè)量電路2023/6/10128.2集成霍爾傳感器集成霍爾傳感器是利用硅集成電路工藝將霍爾元件和測(cè)量線路集成在一起的一種傳感器。集成霍爾傳感器與分立元件相比，它具有可靠性高、體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，正越來(lái)越受到重視。集成霍爾傳感器的輸出是經(jīng)過(guò)處理的霍爾輸出信號(hào)。按照輸出信號(hào)的形式，可以分為開(kāi)關(guān)型集成霍爾傳感器和線性集成霍爾傳感器兩種類型。

2023/6/10138.2.1開(kāi)關(guān)型集成霍爾傳感器霍爾片、引線和殼體組成1.開(kāi)關(guān)型集成霍爾傳感器的結(jié)構(gòu)2023/6/10148.2.1開(kāi)關(guān)型集成霍爾傳感器2．開(kāi)關(guān)型霍爾集成傳感器的工作原理2023/6/10158.2.1開(kāi)關(guān)型集成霍爾傳感器3.開(kāi)關(guān)型集成霍爾傳感器的工作特性2023/6/10168.2.1開(kāi)關(guān)型集成霍爾傳感器4.開(kāi)關(guān)型集成霍爾傳感器的接口電路2023/6/10178.2.2線性集成霍爾傳感器1.線性集成霍爾傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理2023/6/10188.2.2線性集成霍爾傳感器2.線性集成霍爾傳感器的主要技術(shù)特性2023/6/10198.3霍爾傳感器的應(yīng)用8.3.1霍爾式位移傳感器2023/6/10208.3霍爾傳感器的應(yīng)用8.3.2霍爾式壓力傳感器2023/6/10218.3霍爾傳感器的應(yīng)用8.3.3霍爾電子點(diǎn)火器2023/6/1022常用傳感器：國(guó)產(chǎn)YSH-1型霍爾壓力變送器2023/6/1023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(shí)車輪被抱死，將產(chǎn)生危險(xiǎn)。用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器來(lái)檢測(cè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)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2023/6/1024ABS的工作原理1—車速齒輪傳感器2—壓力調(diào)節(jié)器3—控制器2023/6/1025霍爾轉(zhuǎn)速表

在被測(cè)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)齒盤(pán)，也可選取機(jī)械系統(tǒng)中的一個(gè)齒輪，將線性型霍爾器件及磁路系統(tǒng)靠近齒盤(pán)。齒盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)使磁路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(hào)經(jīng)隔直、放大、整形后可以確定被測(cè)物的轉(zhuǎn)速。SN線性霍爾磁鐵2023/6/1026霍爾式接近開(kāi)關(guān)

當(dāng)磁鐵的有效磁極接近、并達(dá)到動(dòng)作距離時(shí)，霍爾式接近開(kāi)關(guān)動(dòng)作?；魻柦咏_(kāi)關(guān)一般還