霍爾傳感器 ppt課件

1、5.2 霍爾傳感器（霍爾傳感器（Hall effect sensorHall effect sensor）5.2.1 霍爾傳感器工作原理5.2.2 霍爾元件的結(jié)構(gòu)和基本電路5.2.3 霍爾元件的主要特性參數(shù)5.2.4 霍爾元件誤差及補(bǔ)償5.2.5 霍爾式傳感器的應(yīng)用霍爾元件的工作原理 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)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B B為零時(shí)的情況為零時(shí)的情況c cd da ab 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?；魻栯?/p>

2、勢EH可用下式表示： UH=RH IB/d=KH IBUHbldIFLFEvB RH被定義為霍爾元件的霍爾系數(shù)。顯然，霍爾系數(shù)由半導(dǎo)體被定義為霍爾元件的霍爾系數(shù)。顯然，霍爾系數(shù)由半導(dǎo)體材料的性質(zhì)決定，它反映材料霍爾效應(yīng)的強(qiáng)弱。材料的性質(zhì)決定，它反映材料霍爾效應(yīng)的強(qiáng)弱。K KH H即為霍爾元即為霍爾元件的靈敏度，它表示一個(gè)霍爾元件在單位控制電流和單位磁感件的靈敏度，它表示一個(gè)霍爾元件在單位控制電流和單位磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生的霍爾電壓的大小。單位是應(yīng)強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生的霍爾電壓的大小。單位是mV/mV/（mATmAT） dRKHHUH=RH IB/d=KH IB霍爾常數(shù)霍爾常數(shù) neRH11.霍爾常數(shù)大小取決

3、于導(dǎo)體的載流子密度霍爾常數(shù)大小取決于導(dǎo)體的載流子密度n： 金屬的自由電子密度太大，因而霍爾常數(shù)小，霍爾電勢也金屬的自由電子密度太大，因而霍爾常數(shù)小，霍爾電勢也小，所以金屬材料不宜制作霍爾元件。小，所以金屬材料不宜制作霍爾元件。2.霍爾電勢與導(dǎo)體厚度霍爾電勢與導(dǎo)體厚度d成反比：成反比：為了提高霍爾電勢值，為了提高霍爾電勢值， 霍爾元件制成薄片形狀?；魻栐瞥杀∑螤?。 BIKUHHneddRKHH1霍爾元件靈敏度（靈敏系數(shù)）霍爾元件靈敏度（靈敏系數(shù)） 3.N型半導(dǎo)體中電子遷移率（電子定向運(yùn)動(dòng)平均速度型半導(dǎo)體中電子遷移率（電子定向運(yùn)動(dòng)平均速度）比空穴遷移率高，因此）比空穴遷移率高，因此N型半導(dǎo)體

4、較適合于制造靈型半導(dǎo)體較適合于制造靈敏度高的霍爾元件敏度高的霍爾元件 霍爾效應(yīng)演示 當(dāng)磁場垂直于薄片時(shí)，電子受到洛侖茲力當(dāng)磁場垂直于薄片時(shí)，電子受到洛侖茲力的作用，的作用，向內(nèi)側(cè)偏移，在半導(dǎo)體薄片向內(nèi)側(cè)偏移，在半導(dǎo)體薄片c、d方向方向的端面之間建立起霍爾電勢。的端面之間建立起霍爾電勢。c cd da ab b磁場不垂直于霍爾元件時(shí)的霍爾電勢 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結(jié)論：霍爾電勢與輸入電流I、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁

5、感應(yīng)強(qiáng)度B成正成正比，且當(dāng)比，且當(dāng)B的方向改變時(shí)，霍爾電勢的方向也隨之改的方向改變時(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。頻率的交變電勢。 5.2.2 霍爾元件的結(jié)構(gòu)和基本電路l霍爾元件常用非導(dǎo)磁金屬、陶瓷或環(huán)氧樹脂封裝而成. 霍爾片是一半導(dǎo)體單晶薄片霍爾片是一半導(dǎo)體單晶薄片(4mm2mm0.1mm)，它的長度方，它的長度方向兩端面上焊有向兩端面上焊有a、b兩根引線，通常用兩根引線，通常用紅色導(dǎo)線紅色導(dǎo)線，其焊接處稱為，其焊接處稱為控制電極控制電極；在它的另兩側(cè)端面的中間以點(diǎn)的形式對稱地焊有；在它的另

6、兩側(cè)端面的中間以點(diǎn)的形式對稱地焊有c、d兩根霍爾輸出引線，通常用兩根霍爾輸出引線，通常用綠色導(dǎo)線綠色導(dǎo)線，其焊接處稱為，其焊接處稱為霍爾電極霍爾電極?；魻栐臍んw是用非導(dǎo)磁金屬、陶瓷或環(huán)氧樹脂封裝。目前最霍爾元件的殼體是用非導(dǎo)磁金屬、陶瓷或環(huán)氧樹脂封裝。目前最常用的霍爾元件材料有鍺常用的霍爾元件材料有鍺(Ge)、硅、硅(Si)、銻化銦、銻化銦(InSb)、砷化銦、砷化銦(InAs)等半導(dǎo)體材料。等半導(dǎo)體材料。1.霍爾元件的結(jié)構(gòu)與其制造工藝有關(guān)?；魻栐慕Y(jié)構(gòu)與其制造工藝有關(guān)。 體型霍爾元件是體型霍爾元件是將半導(dǎo)體單晶材料定向切片，研磨拋光，將半導(dǎo)體單晶材料定向切片，研磨拋光，用蒸發(fā)合金法或其

7、它方法制作歐姆接觸電極，焊上引線封裝用蒸發(fā)合金法或其它方法制作歐姆接觸電極，焊上引線封裝。薄膜霍爾元件薄膜霍爾元件則是在一片極薄的基片上用蒸發(fā)或外延的方則是在一片極薄的基片上用蒸發(fā)或外延的方法做成霍爾片，再制作歐姆接觸電極，焊引線最后封裝。相法做成霍爾片，再制作歐姆接觸電極，焊引線最后封裝。相對來說，薄膜霍爾元件的厚度比體型霍爾元件小一、二個(gè)數(shù)對來說，薄膜霍爾元件的厚度比體型霍爾元件小一、二個(gè)數(shù)量級，可以與放大電路一起集成在一塊很小的晶片上，便于量級，可以與放大電路一起集成在一塊很小的晶片上，便于微型化。微型化。2.元件的長元件的長(l)寬寬(b)度比對度比對UH有影響有影響。 由于控制電極對

8、霍爾電壓有局部短路作用，在兩控制電極由于控制電極對霍爾電壓有局部短路作用，在兩控制電極中間處測得的霍爾電壓最大，離控制電極很近的地方，霍爾中間處測得的霍爾電壓最大，離控制電極很近的地方，霍爾電壓下降到接近于零。為了減少短路影響電壓下降到接近于零。為了減少短路影響l/b要大，一般要大，一般l/b=2。但如果。但如果l/b過大，反而使輸入功耗增加降低元件輸出。過大，反而使輸入功耗增加降低元件輸出。5.2.2 霍爾元件的結(jié)構(gòu)和基本電路5.2.3 霍爾元件的主要特性參數(shù)(1) 輸入電阻和輸出電阻輸入電阻和輸出電阻 輸入電阻輸入電阻：控制電極間的電阻：控制電極間的電阻 輸出電阻輸出電阻：霍爾電極之間的電

9、阻：霍爾電極之間的電阻(2) 額定控制電流和最大允許控制電流額定控制電流和最大允許控制電流 額定控制電流額定控制電流：當(dāng)霍爾元件有控制電流使其本身在空氣中：當(dāng)霍爾元件有控制電流使其本身在空氣中 產(chǎn)生產(chǎn)生10溫升時(shí)，對應(yīng)的控制電流值溫升時(shí)，對應(yīng)的控制電流值 最大允許控制電流最大允許控制電流：以元件允許的最大溫升限制所對：以元件允許的最大溫升限制所對 應(yīng)應(yīng)的控制電流值的控制電流值 （3）不等位電勢和不等位電阻）不等位電勢和不等位電阻 當(dāng)霍爾元件的控制電流為額定值時(shí)，若元件所處位置的磁感當(dāng)霍爾元件的控制電流為額定值時(shí)，若元件所處位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，測得的空載霍應(yīng)強(qiáng)度為零，測得的空載霍爾電勢。不等位

10、電勢是由霍爾電勢。不等位電勢是由霍爾電極爾電極2和和2之間的電阻決定，之間的電阻決定， r 0稱稱不等位電阻不等位電阻(4) 寄生直流電勢（ 霍爾元件零位誤差的一部分） 當(dāng)沒有外加磁場，霍爾元件用交流控制電流時(shí)，霍爾電極的輸出有一個(gè)直流電勢控制電極和霍爾電極與基片的連接是非完全歐姆接觸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生整流效應(yīng)。兩個(gè)霍爾電極焊點(diǎn)的不一致，引起兩電極溫度不同產(chǎn)生溫差電勢。(5) 霍爾電勢溫度系數(shù) 在一定磁感應(yīng)強(qiáng)度和控制電流下，溫度每變化1度時(shí)，霍爾電勢變化的百分率。5.2.3 霍爾元件的主要特性參數(shù) 型型號號 材材料料 控控制制 電電流流(mA) 霍霍爾爾 電電壓壓 (mV, 0.1T) 輸輸入入 電電

11、阻阻 () 輸輸出出 電電阻阻 () 靈靈敏敏度度(mV/mA.T) 不不等等位位電電勢勢(mV) VH溫溫度度 系系數(shù)數(shù)(%/) EA218 InAs 100 8 8. .5 5 3 3 1 1. .5 5 0 0. .3 35 5 1 13 3 6 6. .5 5 2 2. .4 4 0 0. .7 75 5 1 1 0 0. .0 07 7 VHG-110 GaAs 5 5 5 - -1 10 0 2 20 00 0- -8 80 00 0 2 20 00 0- -8 80 00 0 3 30 0- -2 22 20 0 5 5 4 40 0 3 30 0 2 2. .5 5 _ _ -

12、 -0 0. .0 02 2 MF07FZZ InSb 10 4 40 0- -2 29 90 0 8 8- -6 60 0 8 8- -6 65 5 _ _ 1 10 0 - -2 2 MF19FZZ InSb 10 8 80 0- -6 60 00 0 8 8- -6 60 0 8 8- -6 65 5 _ _ 1 10 0 - -2 2 MH07FZZ InSb 1V 8 80 0- -1 12 20 0 8 80 0- -4 40 00 0 8 80 0- -4 43 30 0 _ _ 1 10 0 - -0 0. .3 3 MH19FZZ InSb 1V 1 15 50 0- -2

13、25 50 0 8 80 0- -4 40 00 0 8 80 0- -4 43 30 0 _ _ 1 10 0 - -0 0. .3 3 KH-400A InSb 5 2 25 50 0- -5 55 50 0 2 24 40 0- -5 55 50 0 5 50 0- -1 11 10 0 5 50 0- -1 11 10 00 0 1 10 0 - -0 0. .3 3 5.3.4 霍爾元件誤差及補(bǔ)償霍爾元件誤差及補(bǔ)償1. 不等位電勢誤差的補(bǔ)償2. 溫度誤差及其補(bǔ)償1. 不等位電勢誤差的補(bǔ)償l理想狀況下UH=0，但由于霍爾元件的某種結(jié)構(gòu)（引出電極不再同一等位線上或制造霍爾片的材料不均勻）

14、原因造成UH0，則電橋處于不平衡狀態(tài)，即四個(gè)分布電阻的阻值不等；l可采用幾種不等位電勢補(bǔ)償線路.3.6.4UH電勢的補(bǔ)償電路電勢的補(bǔ)償電路 對稱電路對稱電路 對稱電路，當(dāng)溫度變化時(shí)，補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)定性要好些對稱電路，當(dāng)溫度變化時(shí)，補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)定性要好些 2. 溫度誤差及其補(bǔ)償溫度誤差產(chǎn)生原因：霍爾元件的基片是半導(dǎo)體材料，因而對溫度的變化很敏感。其載流子濃度和載流子遷移率、電阻率和霍爾系數(shù)都是溫度的函數(shù)?；魻柶c引出電極材料性質(zhì)不同，各接點(diǎn)溫度不同時(shí)，產(chǎn)生熱電勢。實(shí)際使用中，由于接觸電阻不同、材料不均勻、散熱條件不同等都可能造成霍爾元件溫度場不均勻。減小霍爾元件的溫度誤差 l選用溫度系數(shù)小的元件l采用恒溫

15、措施l采用恒流源供電 控制電流控制電流I相應(yīng)地減小，能保持相應(yīng)地減小，能保持KHI不變，就抵消了靈敏系不變，就抵消了靈敏系數(shù)值增加的影響。當(dāng)霍爾元件的輸入電阻隨溫度升高而增數(shù)值增加的影響。當(dāng)霍爾元件的輸入電阻隨溫度升高而增加時(shí)，旁路分流電阻自動(dòng)地加強(qiáng)分流，減少了霍爾元件的加時(shí)，旁路分流電阻自動(dòng)地加強(qiáng)分流，減少了霍爾元件的控制電流?？刂齐娏?。)1 (TKKHOH恒流源溫度補(bǔ)償 00iPRR當(dāng)當(dāng)霍霍爾爾元元件件選選定定后，后，它它的的輸輸入入電電阻阻 和和溫溫度度系系數(shù)數(shù) 及及霍霍爾爾電電勢勢溫溫度度系系數(shù)數(shù) 可可以以從從元元件件參參數(shù)數(shù)表表中中查查到到（ 可可以以測測量量出出來）來），用用上上式

16、式即即可可計(jì)計(jì)算算出出分分流流電電阻阻 及及所所需需分分流流電電阻阻溫溫度度系系數(shù)數(shù) 值。值。 0 iR0 pR0 iR恒流源溫度補(bǔ)償 1.1.按功能分按功能分: :霍爾線性器件和霍爾開關(guān)器件霍爾線性器件和霍爾開關(guān)器件。 前者輸出模擬量，其輸出電壓和加在霍爾元件上的磁感強(qiáng)前者輸出模擬量，其輸出電壓和加在霍爾元件上的磁感強(qiáng)度度B B成比例，精度高、線性度好，成比例，精度高、線性度好，適用于各種磁場檢測適用于各種磁場檢測；后；后者輸出數(shù)字量，無觸點(diǎn)、無磨損、輸出波形清晰、無抖動(dòng)、者輸出數(shù)字量，無觸點(diǎn)、無磨損、輸出波形清晰、無抖動(dòng)、無回跳、位置重復(fù)精度高（可達(dá)無回跳、位置重復(fù)精度高（可達(dá)mm級）。級

17、）。2.2.按應(yīng)用分按應(yīng)用分: :直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。 前者是直接檢測出被檢測對象本身的磁場或磁特性前者是直接檢測出被檢測對象本身的磁場或磁特性, ,將霍爾將霍爾器件做成各種形式的探頭，放在被測磁場中，使磁力線和器件表面垂直，器件做成各種形式的探頭，放在被測磁場中，使磁力線和器件表面垂直，通電后即可輸出與被測磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度成線性正比的電壓通電后即可輸出與被測磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度成線性正比的電壓;后者是檢后者是檢測被測對象上人為設(shè)置的磁場，用這個(gè)磁場來作被檢測的信測被測對象上人為設(shè)置的磁場，用這個(gè)磁場來作被檢測的信息的載體，通過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力息的載體，通

18、過它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)間等，轉(zhuǎn)變成電度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)間等，轉(zhuǎn)變成電量來進(jìn)行檢測和控制。量來進(jìn)行檢測和控制。5.2.5 霍爾式傳感器的應(yīng)用應(yīng)用注意事項(xiàng)：1磁場測量。如果要求被測磁場精度較高，如優(yōu)于0.5，那么通常選用砷化鎵霍爾元件，其靈敏度高，約為510mv/100mT.溫度誤差可 忽略不計(jì)，且材料性能好，可以做的體積較小。在被測磁場精度較低，體積要求不高。如精度低于0.5時(shí)，最好選用硅和鍺雹爾元件。2電流測量。大部

19、分霍爾元件可以用于電流測量，要求精度較高時(shí)選用砷化鎵霍爾元件，精度不高時(shí)，可選用砷化鎵、硅、鍺等霍爾元件。3轉(zhuǎn)速和脈沖測量。測量轉(zhuǎn)速和脈沖時(shí)，通常是選用集成霍爾開關(guān)和銻化銦霍爾元件。如在錄像機(jī)和攝像機(jī)中采用了銻銦霍爾元件替代電機(jī)的電刷，提高了使用壽命。4信號的運(yùn)算和測量。通常利用霍爾電勢與控制電流、被測磁場成正比，并與被測磁場同霍爾元件表面的夾角成正弦關(guān)系的特性，制造函數(shù)發(fā)生器。利用霍爾元件輸出與控制電流和被測磁場乘積成正比的特性。制造功率表、電度表等。5拉力和壓力測量。選用霍爾件制成的傳感器較其它材料制成的陣感器靈敏度和線性度更佳。 5.2.5 霍爾式傳感器的應(yīng)用1.維持維持I、q 不變，則

20、不變，則EH=f（B），這方面的應(yīng)用有測量磁場強(qiáng)度的高斯計(jì)、測），這方面的應(yīng)用有測量磁場強(qiáng)度的高斯計(jì)、測量轉(zhuǎn)速的霍爾轉(zhuǎn)速表、磁性產(chǎn)品計(jì)數(shù)器、霍爾式角編碼器以及基于微小位移測量轉(zhuǎn)速的霍爾轉(zhuǎn)速表、磁性產(chǎn)品計(jì)數(shù)器、霍爾式角編碼器以及基于微小位移測量原理的霍爾式加速度計(jì)、微壓力計(jì)等量原理的霍爾式加速度計(jì)、微壓力計(jì)等; 2.維持維持I、B不變，則不變，則EH=f（q），這方面的應(yīng)用有角位移測量儀等。），這方面的應(yīng)用有角位移測量儀等。 3.維持維持q 不變，則不變，則EH=f（IB），即傳感器的輸出），即傳感器的輸出EH與與I、B的乘積成正比，這方的乘積成正比，這方面的應(yīng)用有模擬乘法器、霍爾式功率計(jì)等。面

21、的應(yīng)用有模擬乘法器、霍爾式功率計(jì)等。 霍爾集成電路 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得多。較典型的線性型霍爾器件如UGN3501等?；魻柧€性接近等?；魻柧€性接近傳感器主要用于黑色金屬的厚度檢測、距離檢測、齒輪數(shù)齒、傳感器主要用于黑色金屬的厚度檢測、距離檢測、齒輪數(shù)齒、轉(zhuǎn)速檢測、測速調(diào)速、缺口傳感、張力檢測、棉條均勻檢測、轉(zhuǎn)速檢測、測速調(diào)速、缺口傳感、張力檢測、棉條均勻檢測、電磁量檢測、角

22、度檢測等。電磁量檢測、角度檢測等。 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)。 線性范圍線性范圍開關(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?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(shí)，OC門重新變?yōu)楦咦钁B(tài)，輸出高電平。 開關(guān)型霍爾元件有單穩(wěn)態(tài)和雙穩(wěn)態(tài)兩種。較典型的單穩(wěn)態(tài)開關(guān)型霍爾器件如UGN

23、3019 、UGN3020等，雙穩(wěn)態(tài)有UGN3030 、 UGN3075 。雙穩(wěn)態(tài)特點(diǎn)是當(dāng)外加磁場達(dá)到規(guī)定工作點(diǎn)時(shí)，器件導(dǎo)通，磁場消失后仍保持導(dǎo)通。只有施加反向磁場且達(dá)到規(guī)定工作點(diǎn)時(shí)才會(huì)到關(guān)閉狀態(tài)。 霍爾接近開關(guān)主要用于各種自動(dòng)控制裝置，完成所需的位置控制，加工尺寸控制、自動(dòng)計(jì)數(shù)、各種計(jì)數(shù)、各種流程的自動(dòng)銜接、液位控制、轉(zhuǎn)速檢測等等。5.2.5 霍爾式傳感器的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn): 結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，頻帶寬，動(dòng)態(tài)特性好和壽命長應(yīng)用：電磁測量：測量恒定的或交變的磁感應(yīng)強(qiáng)度、有功功率、無功功率、相位、電能等參數(shù)；自動(dòng)檢測系統(tǒng)：多用于位移、壓力的測量。1. 微位移和壓力的測量l測量原理：霍爾電勢與磁感應(yīng)

24、強(qiáng)度成正比，若磁感應(yīng)強(qiáng)度是位置的函數(shù)，則霍爾電勢的大小就可以用來反映霍爾元件的位置。 l應(yīng)用：位移測量、力、壓力、應(yīng)變、機(jī)械振動(dòng)、加速度 霍爾測位移 將霍爾元件置于磁場中，左半部磁場方向向上，右半部磁場方將霍爾元件置于磁場中，左半部磁場方向向上，右半部磁場方向向下，從向向下，從 a端通人電流端通人電流I，根據(jù)霍爾效應(yīng)，左半部產(chǎn)生霍爾電，根據(jù)霍爾效應(yīng)，左半部產(chǎn)生霍爾電勢勢VH1，右半部產(chǎn)生露爾電勢，右半部產(chǎn)生露爾電勢VH2，其方向相反。因此，其方向相反。因此，c、d兩兩端電勢為端電勢為VH1VH2。如果霍爾元件在初始位置時(shí)。如果霍爾元件在初始位置時(shí)VH1=VH2，則輸，則輸出為零；當(dāng)改變磁極系統(tǒng)

25、與霍爾元件的相對位置時(shí)，即可得到出為零；當(dāng)改變磁極系統(tǒng)與霍爾元件的相對位置時(shí)，即可得到輸出電壓，其大小正比于位移量。輸出電壓，其大小正比于位移量。 霍爾元件的工作電流霍爾元件的工作電流保持不變，而使其在一保持不變，而使其在一個(gè)均勻梯度磁場中移動(dòng)，個(gè)均勻梯度磁場中移動(dòng)，它輸出的霍爾電勢它輸出的霍爾電勢V VH H值只值只由它在該磁場中的位移由它在該磁場中的位移量量Z Z來決定。結(jié)構(gòu)（來決定。結(jié)構(gòu)（b b）在在Z2mmZ2mm時(shí)，時(shí)，V VH H與與Z Z有良好有良好的線性關(guān)系；結(jié)構(gòu)（的線性關(guān)系；結(jié)構(gòu)（C C）形成高梯度磁場，靈敏形成高梯度磁場，靈敏度高，但工作距離較小。度高，但工作距離較小。以微

26、位移檢測為基礎(chǔ)，以微位移檢測為基礎(chǔ)，可構(gòu)成壓力、應(yīng)力、應(yīng)可構(gòu)成壓力、應(yīng)力、應(yīng)變、機(jī)械振動(dòng)、加速度、變、機(jī)械振動(dòng)、加速度、重量、稱重等霍爾傳感重量、稱重等霍爾傳感器。器。 微位移和壓力的測量慣性小，響應(yīng)速度快，無觸點(diǎn)測量。慣性小，響應(yīng)速度快，無觸點(diǎn)測量?；魻柺綁毫鞲衅?KPPKIKKIBKUPUPBHHHH的關(guān)系：與被測壓力3.6.9加上壓力后，使磁系加上壓力后，使磁系統(tǒng)和霍爾元件間產(chǎn)生統(tǒng)和霍爾元件間產(chǎn)生相對位移，改變作用相對位移，改變作用到霍爾元件上的磁場，到霍爾元件上的磁場，從而改變它的輸出電從而改變它的輸出電壓壓V VH H。 加速度傳感器 它是固定在傳感器殼體上的彈性懸臂梁的中部裝有一

27、感受加速它是固定在傳感器殼體上的彈性懸臂梁的中部裝有一感受加速度的質(zhì)量塊度的質(zhì)量塊m m，梁的自由端固定安裝著測量位移的霍爾元件，梁的自由端固定安裝著測量位移的霍爾元件H H。在霍爾元件的上下兩側(cè)，同極性相對安裝著一對永久磁鐵，以在霍爾元件的上下兩側(cè)，同極性相對安裝著一對永久磁鐵，以形成線性磁場。當(dāng)質(zhì)量塊感受上下方向的加速度而產(chǎn)生與之成形成線性磁場。當(dāng)質(zhì)量塊感受上下方向的加速度而產(chǎn)生與之成比例的慣性力使梁發(fā)生彎曲變形時(shí)，自由端就產(chǎn)生與加速度成比例的慣性力使梁發(fā)生彎曲變形時(shí)，自由端就產(chǎn)生與加速度成比例的位移，霍爾元件就輸出與加速度成比例的霍爾電勢比例的位移，霍爾元件就輸出與加速度成比例的霍爾電勢

28、U UH H?；魻柺綗o刷電動(dòng)機(jī) 霍爾式無刷電動(dòng)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(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。由于無刷電動(dòng)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(dòng)機(jī)使普通直流電動(dòng)機(jī)使用的電刷和換向器用的電刷和換向器無刷電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)自行車上的應(yīng)用 電動(dòng)自行車電動(dòng)自行車可充電可充電電池組電池組無刷電動(dòng)機(jī)無刷電動(dòng)機(jī)無刷電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)自行車上的應(yīng)用 無刷直流電動(dòng)機(jī)的外無刷直流電動(dòng)機(jī)的外轉(zhuǎn)子采用高性能釹鐵硼轉(zhuǎn)子采用高性能釹鐵硼稀土永磁材料釹鐵硼稀稀土

29、永磁材料釹鐵硼稀土永磁材料；三個(gè)霍爾土永磁材料；三個(gè)霍爾位置傳感器產(chǎn)生六個(gè)狀位置傳感器產(chǎn)生六個(gè)狀態(tài)編碼信號，控制逆變態(tài)編碼信號，控制逆變橋各功率管通斷，使三橋各功率管通斷，使三相內(nèi)定子線圈與外轉(zhuǎn)子相內(nèi)定子線圈與外轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩，具之間產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩，具有效率高、無火花、可有效率高、無火花、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)?？啃詮?qiáng)等特點(diǎn)。電動(dòng)自行車的無刷電動(dòng)機(jī)及控制電路 去速度去速度控制器控制器 利用利用PWM調(diào)速調(diào)速霍爾式無觸點(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(shí)間不準(zhǔn)確、觸點(diǎn)易燒壞、高速時(shí)動(dòng)力不足等缺點(diǎn)。 汽車點(diǎn)火線圈汽車點(diǎn)火線圈高壓輸高壓輸出接頭出接頭12V低壓電

30、低壓電源輸入接頭源輸入接頭霍爾式無觸點(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)火采用霍爾式無觸點(diǎn)電子點(diǎn)火裝置無磨損、點(diǎn)火時(shí)間準(zhǔn)確、高速時(shí)動(dòng)力足。時(shí)間準(zhǔn)確、高速時(shí)動(dòng)力足。桑塔納汽車霍爾式分電器示意圖桑塔納汽車霍爾式分電器示意圖 1-1-觸發(fā)器葉片觸發(fā)器葉片 2- -槽口槽口 3- -分電分電器轉(zhuǎn)軸器轉(zhuǎn)軸 4- -永久永久磁鐵磁鐵 5- -霍爾集霍爾集成電路（成電路（PNP型霍爾型霍爾IC） a a）帶缺口的觸發(fā)器葉片）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）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)系成電路之間的安裝關(guān)系 c c）葉片位置與點(diǎn)火正時(shí)的關(guān)系

31、）葉片位置與點(diǎn)火正時(shí)的關(guān)系 當(dāng)葉片槽口轉(zhuǎn)到霍爾當(dāng)葉片槽口轉(zhuǎn)到霍爾IC面前時(shí)，霍爾面前時(shí)，霍爾IC輸出跳變?yōu)楦唠娖?，?jīng)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。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)出壓側(cè)感應(yīng)出3050kV的高電壓。的高電壓。 霍爾式無觸點(diǎn)汽車電子點(diǎn)火裝置1點(diǎn)火開關(guān)點(diǎn)火開關(guān) 2達(dá)林頓晶體管功率開關(guān)達(dá)林頓晶體管功率開關(guān) 3點(diǎn)火線圈低壓側(cè)點(diǎn)火線圈低壓側(cè) 4點(diǎn)火線圈鐵心點(diǎn)火線圈鐵心 5點(diǎn)火線圈高壓側(cè)點(diǎn)火線圈高壓側(cè) 6

32、分火頭分火頭 7火花塞火花塞 當(dāng)葉片遮擋在霍爾當(dāng)葉片遮擋在霍爾IC面前時(shí)，面前時(shí)，PNP型霍爾型霍爾IC的輸出為低電平，晶體管功率開關(guān)處于的輸出為低電平，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。鐵心中。 當(dāng)葉片槽口轉(zhuǎn)到霍爾當(dāng)葉片槽口轉(zhuǎn)到霍爾IC面前時(shí)，霍爾面前時(shí)，霍爾IC輸出跳變?yōu)楦唠娖?，?jīng)反相變?yōu)榈碗娖?，達(dá)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)出鐵心中的磁場能量在高壓側(cè)感應(yīng)出3050kV的高電壓。的高電壓。2. 磁場的測量在控制電流恒定條件下，霍爾電勢大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，由于霍爾元件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，它特別適用于微小氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度、高梯度磁場參數(shù)的測量。cosBIKUHH霍爾電勢是磁場方向與霍爾基片法線方向之間夾角的函數(shù)?；魻栯妱菔谴艌龇较蚺c霍爾基片法線方向之間夾角的函數(shù)。應(yīng)用：應(yīng)用：霍爾式磁羅盤、霍爾式方位傳感器、霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器霍爾式磁羅盤、霍爾式方位傳感器、霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器 （1）高斯計(jì) 如圖所示，將霍爾元件垂直置于磁場B中，輸入恒定的控制電流I，則霍爾