霍爾傳感器原理

第 九 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 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(shí) ， 在 垂 直 于 電 流 和 磁場 的 方 向 上 將 產(chǎn) 生 電 動(dòng) 勢 EH ， 這 種 現(xiàn) 象 稱 為 霍 爾 效 應(yīng) 。 磁 感 應(yīng) 強(qiáng) 度 B為 零 時(shí) 的 情 況c da b 磁 感 應(yīng) 強(qiáng) 度 B 較 大 時(shí) 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 。 霍 爾 電 勢 EH可 用 下 式 表 示 ： EH=KH IB 霍 爾 效 應(yīng) 演 示 當(dāng) 磁 場 垂 直 于 薄 片 時(shí) ， 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 。c da b 磁 場 不 垂 直 于 霍 爾 元 件 時(shí) 的 霍 爾 電 動(dòng) 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(shí) ， 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(shí) 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(shí) ， 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 。 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 范 圍 是 負(fù) 的 多 少高 斯 至 正 的 多 少 高 斯 ？線 性 區(qū) 霍 爾 元 件 的 主 要 外 特 性 參 數(shù) （ 續(xù) ） 最 大 激 勵(lì) 電 流 IM : 由 于 霍 爾 電 勢 隨 激 勵(lì) 電 流 增 大 而 增 大 ，故 在 應(yīng) 用 中 總 希 望 選 用 較 大 的 激 勵(lì) 電 流 。 但激 勵(lì) 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(lì) 電 流 ， 它 的 數(shù) 值 從 幾 毫 安 至 十 幾 毫 安 。 以 下 哪 一 個(gè) 激 勵(lì) 電 流 的 數(shù) 值 較 為 妥 當(dāng) ？5 A 0.1mA 2mA 80mA 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(dòng) 放 大 器 等 做 在 一 個(gè) 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 UG N3501等 。 線 性 型 三 端 霍 爾 集 成 電 路 線 性 型 霍 爾 特 性 右 圖 示 出 了 具 有 雙端 差 動(dòng) 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(shí) ， 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(shí) ， 輸 出 為正 ； 磁 場 反 向 時(shí) ， 輸 出為 負(fù) 。 請 畫 出 線 性 范 圍 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(gè) 芯 片 上 。當(dāng) 外 加 磁 場 強(qiáng) 度 超 過 規(guī) 定 的 工 作 點(diǎn) 時(shí) ， OC門由 高 阻 態(tài) 變 為 導(dǎo) 通 狀 態(tài) ， 輸 出 變 為 低 電 平 ；當(dāng) 外 加 磁 場 強(qiáng) 度 低 于 釋 放 點(diǎn) 時(shí) ， OC門 重 新 變?yōu)?高 阻 態(tài) ， 輸 出 高 電 平 。 較 典 型 的 開 關(guān) 型 霍爾 器 件 如 UG N3020等 。 開 關(guān) 型 霍 爾 集 成 電 路的 外 形 及 內(nèi) 部 電 路 OC門 施 密 特 觸 發(fā) 電 路 雙 端 輸 入 、 單 端 輸 出 運(yùn) 放霍 爾 元 件 .Vcc 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 . 開 關(guān) 型 霍 爾 集 成 電 路與 繼 電 器 的 接 線? 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(dòng)干 擾 能 力 就越 強(qiáng) 。 當(dāng) 磁 鐵 從 遠(yuǎn) 到 近 地 接 近 霍 爾 IC， 到 多 少 特 斯 拉時(shí) 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(shí) 輸 出 再 次 翻 轉(zhuǎn) ？ 回 差 為 多 少 特 斯 拉 ？ 出 去 活 動(dòng) 一 下