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第八章 霍尔传感器 课题：霍尔传感器的原理及应用 课时安排：2 课次编号：12 教材分析 难点： 开关型霍尔集成电路的特性 重点： 霍尔传感器的应用 教学目的和要求 1、了解霍尔传感器的工作原理； 2、了解霍尔集成电路的分类； 3、掌握线性型和开关型霍尔集成电路的特性； 4、掌握霍尔传感器的应用。 采用教学方法和实施步骤： 讲授、课堂互动、分析 教具：各种霍尔元件、霍尔传感器 各教学环节和内容 演示1： 将小型蜂鸣器的负极接到霍尔接近开关的OC门输出端，正极接Vcc端。在没有磁铁靠近时，OC门截止，蜂鸣器不响。 当磁铁靠近到一定距离（例如3mm）时，OC门导通，蜂鸣器响。将磁铁逐渐远离霍尔接近开关到一定距离（例如5mm）时，OC门再次截止，蜂鸣器停响。 演示2： 将一根导线穿过10A霍尔电流传感器的铁芯，通入0.1~1A电流，观察霍尔IC的输出电压的变化，基本与输入电流成正比。 从以上演示，引入第一节霍尔效应、霍尔元件的工作原理。 第一节 霍尔元件的工作原理及特性 一、工作原理 金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH，这种现象称为霍尔效应（Hall Effect），该电动势称为霍尔电动势（Hall EMF），上述半导体薄片称为霍尔元件（Hall Element）。用霍尔元件做成的传感器称为霍尔传感器（Hall Transducer）。 图8-1 霍尔元件示意图 a）霍尔效应原理图 b）薄膜型霍尔元件结构示意图 c）图形符号 d）外形 霍尔属于四端元件： 其中一对（即a、b端）称为激励电流端，另外一对（即c、d端）称为霍尔电动势输出端，c、d端一般应处于侧面的中点。 由实验可知，流入激励电流端的电流I越大、作用在薄片上的磁场强度B越强，霍尔电动势也就越高。霍尔电动势EH可用下式表示 EH=KH IB （8-1） 式中 KH——霍尔元件的灵敏度。 若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法线成某一角度θ时，实际上作用于霍尔元件上的有效磁感应强度是其法线方向（与薄片垂直的方向）的分量，即Bcosθ，这时的霍尔电动势为 EH=KHIBcosθ （8-2） 从式（8-2）可知，霍尔电动势与输入电流I、磁感应强度B成正比，且当B的方向改变时，霍尔电动势的方向也随之改变。如果所施加的磁场为交变磁场，则霍尔电动势为同频率的交变电动势。 目前常用的霍尔元件材料是N型硅，霍尔元件的壳体可用塑料、环氧树脂等制造。 二、主要特性参数 （1）输入电阻R i 恒流源作为激励源的原因：霍尔元件两激励电流端的直流电阻称为输入电阻。它的数值从几十欧到几百欧，视不同型号的元件而定。温度升高，输入电阻变小，从而使输入电流Iab变大，最终引起霍尔电动势变大。使用恒流源可以稳定霍尔原件的激励电流。 （2）最大激励电流Im 激励电流增大，霍尔元件的功耗增大，元件的温度升高，从而引起霍尔电动势的温漂增大，因此每种型号的元件均规定了相应的最大激励电流，它的数值从几毫安至十几毫安。 提问：霍尔的m 为宜。 A．0 B．0.1 mA C． D．100为保证测量精度，图8-3中的线性霍尔IC的磁感应强度不宜超过 为宜。 A．0T B．0.10T C．0.15T D．100Gs 第节 霍尔集成电路 霍尔集成电路（又称霍尔IC）优点体积小、灵敏度高、输出幅度大、温漂小、对电源稳定性要求低等。 霍尔集成电路线性型和开关型两大类。线性型霍尔元件和恒流源、线性差动放大器等做在一个芯片上，输出电压为伏级，比直接使用霍尔元件方便得多。 开关型霍尔集成电路霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器、OC门（集电极开路输出门）等电路做在同一个芯片上。当外加磁场强度超过规定的工作点时，OC门由高阻态变为导通状态，输出变为低电平；当外加磁场强度低于释放点时，OC门重新变为高阻态，输出高电平。 图8-2 线性型霍尔集成电路 a）外形尺寸 b）内部电路框图 图8-3 线性型霍尔集成电路输出特性 图8-4 开关型霍尔集成电路 a）外形尺寸 b）内部电路框图 图8-5 开关型霍尔集成电路的史密特输出特性 图8-5表8-1 具有史密特特性的OC门输出状态与磁感应强度变化之间的关系 B/ T OC门输出状态 OC门接法 磁感应强度B的变化方向及数值 0 ? 0.02 ? 0.02 ? 0.03 ? 0.02 ? 0.016 ? 0 接上拉电阻