243_279773_毕业论文--传感器的工作原理及集成.docVIP

目 录 一、引言…………………………………………………………………………1 二、传感器的定义、组成及分类……………………………………………………1 （一）传感器的定义……………………………………………………………1 （二）传感器的组成……………………………………………………………1 （三）传感器的分类……………………………………………………………1 三、传感器的基本特性……………………………………………………………2 四、霍尔元件的工作原理…………………………………………………………2 五、霍尔线性集成电路…………………………………………………………2 六、霍尔开关集成电路…………………………………………………………2 七、霍尔集成电路的磁路设计原理霍尔集成电路与外电路的接口十、结论四它由霍尔元件、差分放大器和射极跟随器组成。其输出电压和加在霍尔元件上的磁感强度B成比例，它的功能框图和输出特性示于图和图。这类电路有很高的灵敏度和优良的线性度，适用于各种磁场检测。 图霍尔线性电路的磁电转换特性曲线图功能框图霍尔开关集成电路尔开关集成电路又称霍尔数字电路，由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成。在外磁场的作用下，当磁感应强度超过导通阈值BOP时，霍尔电路输出管导通，输出低电平。之后，B再增加，仍保持导通态。若外加磁场的B值降低到BRP时，输出管截止，输出高电平。我们称BOP为工作点，BRP为释放点，BOP－BRP=BH称为回差。回差的存在使开关电路的抗干扰能力增强一般规定，当外加磁场的南极(S极)接近霍尔电路外壳上打有标志的一面时，作用到霍尔电路上的磁场方向为正，北极接近标志面时为负。锁定型霍尔开关电路的特点是：当外加场B正向增加，达到BOP时，电路导通，之后无论B增加或减小，甚至将B除去，电路都保持导通态，只有达到负向的BRP时，才改变为截止态，因而称为锁定型。典型的霍尔开关电路的性能参数见表。表霍尔开关电路的特性参数型号 VCC V Bop mT BRP mT BH mT Icc mA ImA V V Iff μA 备注 A3144 4.5～24 7～35 5～33 ≥2 ≤9 25 ≤0.4 ≤10 开关型 A3140 4.5～24 7～20 5～18 ≥2 ≤9 25 ≤0.4 ≤10 开关型 A3175 4.5～24 2～20 -20～-2 ≥2 ≤8 25 ≤0.4 ≤10 锁定型 汽车霍尔传感器除了它的核心部分霍尔集成电路以外，相对应的磁路设计是另一个相当重要的部分。用磁场作为被传感物体的运动和位置信息载体时，一般采用永久磁钢来产生工作磁场。例如，用一个的钕铁硼磁钢，就可在它的磁极表面上得到约200~300mT的磁感应强度。在气隙中，磁感应强度会随距离增加而迅速下降。为保证霍尔集成电路的可靠工作，在应用中要考虑有效工作气隙的长度。在计算总有效工作气隙时，应从霍尔芯片表面算起。在封装好的霍尔集成电路中，霍尔芯片的深度在产品手册中会给出。因为霍尔集成电路需要工作电源，在作运动或位置传感时，一般令磁体随被检测物体运动，将霍尔集成电路固定在工作系统的适当位置，用它去检测工作磁场，再从检测结果中提取被检信息。工作磁体和霍尔集成电路间的运动方式有：(a)对移；(b)侧移；(c)旋转；(d)遮断。如图所示，图中的TEAG即为总有效工作气隙。 图霍尔器件和工作磁体间的运动方式在遮断方式中，工作磁体和霍尔集成电路以适当的间隙相对固定，用一软磁（例如软铁）翼片作为运动工作部件，当翼片进入间隙时，作用到霍尔器件上的磁力线被部分或全部遮断，以此来调节工作磁场。被传感的运动信息加在翼片上。这种方法的检测精度较高，遮断用的翼片根据不同的功能要求可以设计成不同的形状, 图就是一些翼片的外 图4 图在霍尔集成电路背面放置磁体也可将工作磁体固定在霍尔集成电路背面（外壳上没打标志的一面），如图所示让被检的铁磁物体（例如钢齿轮）从它们近旁通过，检测出物体上的特殊标志（如齿、凸缘、缺口等），得出物体的运动参数。霍尔集成电路与外电路的接口霍尔开关集成电路的输出级一般是一个集电极开路的NPN晶体管，其使用规则和一般的NPN开关管相同。输出管截止时，输漏电流很小，一般只有几A，可以忽略，输出电压和其电源电压相近，但电源电压最高不得超过输出管的击穿电压（即规范表中规定的极限电压）。输出管导通时，它的输出端和线路的公共地导通。因此，必须外接一个电阻器（即负载电阻器）来限制流过管子的电流，使它不超过最大允许值（一般为20mA），以免损坏输出管。以与发光二极管的接口为例，对负载电阻器的选择作一估计。若在I为20mA（霍尔电路输出管允许吸入的最大电流），发光二极管的正向压VLED=1.4V，当电源