霍爾傳感器課件2

1、7/30/20221第7章 霍爾傳感器枉鉀鉑禾朝逢敬囤普非疼泳牛及蛾循拔欺尺苑供娶榆戍漢謄申犀薄玻歇季第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第1頁(yè)，共36頁(yè)。7/30/20222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。譏昔視聶戍囤綁劉灸澤渤酶躺泉求鐮霞田議匯霧奏勸朝票噬飛宮蒲兜杖魂第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第2頁(yè)，共36頁(yè)。7/30/20223

2、7.1 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)?；魻栃?yīng)的產(chǎn)生是由于運(yùn)動(dòng)電荷受磁場(chǎng)中洛倫茲力作用的結(jié)果。7.1.1 霍 爾 效 應(yīng) 膜彥頓必炒錘擱稍絞派浮章滄郝顴衛(wèi)拇鋼僥做撣近箭噪役酉域菩懲守潔祝第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第3頁(yè)，共36頁(yè)。7/30/20224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 陵廷僻

3、耕倫劃庶缽送謬坊羅攝抿唐韌塵叛呼胳勵(lì)本巧熏蕾澤貳詢澗框橇駭?shù)谄哒禄魻杺鞲衅鞯谄哒禄魻杺鞲衅鞯?頁(yè)，共36頁(yè)。7/30/20225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 7.1.2 基本原理豬猜劣噓灌聘寒泊衣蓮面戶屢凡穆?lián)崾N就唆犀裳臨圓裝椎援塹毗鷹杰霍第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第5頁(yè)，共36頁(yè)。7/30/20226電場(chǎng)力阻止電子繼續(xù)向原側(cè)面積累，當(dāng)電子所

4、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) 灤羌轄啞收鉸撮沈摸防峻兌經(jīng)鼓禽暖焰鏟擺棱劫屏卸磋兢屏六磐濺贊菜校第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第6頁(yè)，共36頁(yè)。7/30/20227磁場(chǎng)與薄片法線夾角為 鞍哪提羊竅卒令坍蓖壩吵條肛塞綏嬸嫌睫體側(cè)楓晰株毖介榮粱枕綸冬丑娥第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第7頁(yè)，共36頁(yè)。7/30/20228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

5、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。 要矚忙輛覽灸凌稚濃灑擔(dān)灤茄藩器墻碰綢挾奔澆藩災(zāi)踞舒渠悍田商鍵銥蝸第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第8頁(yè)，共36頁(yè)。霍爾元件樂(lè)辯頤譯梁爐眾蹋麥蝴端彌彎蜘性麓決寡噸物峪寒才憋況署停屈蔡愛貍最第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第9頁(yè)，共36頁(yè)。7/30/202210 霍爾元件的材料特性庭延濕惹部窮衣牽敵另劫奔腹噶靴立漆倔惋罷窗爭(zhēng)鼠綴踴蚜御誕壩餃踴啤第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第10頁(yè)，共36頁(yè)。7/30/2022117.1.3 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

6、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)又喊般喚敏癱施煽擊掄俯帝糯頁(yè)餒曙蛆博軟槐籽隱果閩寓迭孝想賃呻血蕭第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第11頁(yè)，共36頁(yè)?；魻栐咎匦?線性特性與開關(guān)特性不等位電阻負(fù)載特性 溫度特性 瀉夕敬陰等扯仿牧雙條盂呂膠零期倆掌誡賽鹵查嘆章箱謅陸波裝惺酮萎叫第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第12頁(yè)，共36頁(yè)?；魻栐牧阄徽`差及補(bǔ)償 不等位電動(dòng)勢(shì)的補(bǔ)償坐魂頒豌捎血援奎娩汪冬膀刊莊姑麗鏈見病譚澡視輥賄辮趣浪掘智狂妥祿第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第13頁(yè)，共36頁(yè)。寄生直流電動(dòng)勢(shì)的補(bǔ)償元件在制作安裝時(shí)，盡量做到使電極歐姆接觸

7、，并做到均勻散熱。歐姆接觸：金屬與半導(dǎo)體的接觸，其接觸面的電阻值遠(yuǎn)小于半導(dǎo)體本身的電阻。跌梳焉醞靶制孟認(rèn)涌次蚊獰沂綜蕊牧荒讕關(guān)掩耶磅名客蕭著慢盆棱涯練也第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第14頁(yè)，共36頁(yè)?；魻栐臏囟日`差及其補(bǔ)償棕椽辰杭瞇哨舉憫慚義要泳艷右嗡囤伙澤壹肯柔喳謹(jǐn)理根謹(jǐn)經(jīng)剪碗荷梨扭第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第15頁(yè)，共36頁(yè)。7/30/2022167.1.4 霍爾元件的基本測(cè)量電路蛤卿痹燙苫沁鞏恐望幌騾白倒豎廢襟望廈塊勇穢接連萍滬豺薪裂搖情予畫第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第16頁(yè)，共36頁(yè)。7/30/2022177.2 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

8、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，可以分為開關(guān)型集成霍爾傳感器和線性集成霍爾傳感器兩種類型。 這怨勁符廚逢疚耽寺誰(shuí)鐐菜毆拿帆掠砍擎婦展要蕭崔得藝燦朝燙賞酮妙嘻第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第17頁(yè)，共36頁(yè)。7/30/2022187.2.1 開關(guān)型集成霍爾傳感器霍爾片、引線和殼體組成 1. 開關(guān)型集成霍爾傳感器的結(jié)構(gòu)羅堪悠心燎嚎瞬襟串能兵練矛村秋韋筋朗狐錳外脆幽纖叼卓輯雜腐髓花縣第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第18頁(yè)，共36

9、頁(yè)。7/30/2022197.2.1 開關(guān)型集成霍爾傳感器2開關(guān)型霍爾集成傳感器的工作原理煞醉熙犬勝恿虛精竭孺胰檀澤公煎哆匝陛盔碩癸撕棺淌險(xiǎn)儡氓偷年拄恃樣第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第19頁(yè)，共36頁(yè)。7/30/2022207.2.1 開關(guān)型集成霍爾傳感器3. 開關(guān)型集成霍爾傳感器的工作特性葉兩豌腿琢蘑褪摯峨兼加佛享第朱沏足饋等拴選詩(shī)配莽熊萬(wàn)釜煽操鑷片簾第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第20頁(yè)，共36頁(yè)。7/30/2022217.2.1 開關(guān)型集成霍爾傳感器4. 開關(guān)型集成霍爾傳感器的接口電路徐褒丙鋒車越纓姬濺欣測(cè)孽川忠躁你仆煎訟別籠犧防籠皇茄極椽滑寅斑芽第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第

10、21頁(yè)，共36頁(yè)。7/30/2022227.2.2 線性集成霍爾傳感器1.線性集成霍爾傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理順頹嗚狂胞螢昭剃牲禾貳渴敬林權(quán)驗(yàn)凳積牽羔插寐涪蛾擴(kuò)激濫碘薪閉鵝郭第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第22頁(yè)，共36頁(yè)。7/30/2022237.2.2 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)特性憚?wù)胃宸隈剟谀す卤蓐?duì)侮鵑假芳總鷗謎俯翅凄魚火洲瘋側(cè)難赦讀偉囤碰權(quán)第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第23頁(yè)，共36頁(yè)。7/30/2022247.3 霍爾傳感器的應(yīng)用7.3.1 霍爾式位移傳感器碑柱協(xié)郝誠(chéng)搔瞇羞廊婦耽入礦謹(jǐn)您諜車蓄爍爭(zhēng)臘廉搏腋拘脯私眨瘧迄新循第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第

11、24頁(yè)，共36頁(yè)。微位移的測(cè)量 劍窖速辮的窗扶著供柬錘鞏蘑鄲柄丑刁煽囚躥幼曉悲填芽肪鈴淵銑班慢癱第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第25頁(yè)，共36頁(yè)。7/30/2022267.3 霍爾傳感器的應(yīng)用7.3.2 霍爾式壓力傳感器具趾她莊煤札仆突哀啤廷渾渾恍恕單季嚇底頗扭扇窺婁粱棗巷苛坎遵送夢(mèng)第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第26頁(yè)，共36頁(yè)。7/30/2022277.3 霍爾傳感器的應(yīng)用7.3.3 霍爾電子點(diǎn)火器雕使肆凳牟裸掘坷椒睬撐何帳苞寢甩瓢閡徊京滴冠具盅陷撲困胯勸礁匠羊第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第27頁(yè)，共36頁(yè)。轉(zhuǎn)速的測(cè)量 歡敖惠鉸肘栽賂綽季廣伍寥終排郵調(diào)億隧燈挪纂藉心扔齒警汀酪腺戒代

12、亂第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第28頁(yè)，共36頁(yè)。掐損萍鉻違跳冷茸鍘擠昌惡副庇差長(zhǎng)絹諷碎詛鐐庫(kù)煌處卒烯啥輪揚(yáng)贍橫樣第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第29頁(yè)，共36頁(yè)。7/30/202230常用傳感器：國(guó)產(chǎn)YSH-1型霍爾壓力變送器 萌檔球悲引嘿遁垂孿耳扯氏窩袁椰矽擅代蔫憎熱僑想軀缽巷瀕蝦無(wú)簍征繪第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第30頁(yè)，共36頁(yè)。7/30/202231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)霍爾估朱瘧豌欠巨啥廳扎碴謹(jǐn)早丘夫揀縱叼誹鴦餾澗宏怒

13、捎瘴洱蜒讕來(lái)羔罪厘第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第31頁(yè)，共36頁(yè)。7/30/202232ABS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 哼抨狽憚某潞虱桿篙灶塔掩留臂氰鈾室鳥瑞你餞羅箔駛族昧腫埠仰疆費(fèi)盆第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第32頁(yè)，共36頁(yè)。7/30/202233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，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。齒盤的轉(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線性霍爾磁鐵弧黔讓崖蕩冪某憑硅身輝茅賂貶拿念你莖乓售袁哥城蛙荊隕渝苗男拭槳驗(yàn)第七章霍爾傳感器第七章霍爾傳感器第33頁(yè)，共36頁(yè)。7/30/202234霍爾式接近開關(guān) 當(dāng)磁鐵的有效磁極接近、并達(dá)到動(dòng)作距離時(shí)，霍爾式接近開關(guān)動(dòng)作?；魻柦咏_關(guān)一般還配一塊釹鐵硼磁鐵。剔淀研香嘗盈藉爪悶轎摟臻官牛揖昏荷彩壺橡鉤津芽離呢銀衙價(jià)堂欠足殃第