感测元件应用期中报告.PDF

感測元件應用期中報告 自控四乙 4A112043周韋廷 主題:霍爾元件 介紹 : 霍爾 元件是應用霍爾效應的半 導體 。一般用於電機中測 定轉子轉速，如錄 像機的磁鼓，電腦中的散热風扇等；是一种 基於霍爾效應的磁傳感器 已, 發展成 一個品種 多樣的磁傳感器 產品族， 並已得到廣泛的應用。 而所謂霍爾效應，是指磁場作用於載流金屬導體、半導體中的載流子時，產 生橫向電位差的物理現象。金屬的霍爾效應是1879 年被美國物理學家霍爾發現 的。當電流通過金屬嵌 片時，若在垂直於電流的方向施加磁場，則金屬嵌片兩側 面會出現橫向電位差。半導體中的霍爾效應比金屬嵌片中更為明顯，而鐵磁金屬 在居禮溫度以下將呈現極強的霍爾效應。 霍爾元件可用多種半導體材料製作，如 Ge 、Si 、InSb 、GaAs 、InAs 、InAsP 以及多層半導體異質結構量子阱材料等等。 霍爾元件是一種基於霍爾效應的磁傳感器。用它們可以檢測磁場及其變化， 可在各種與磁場有關的場合中使用。 霍爾元件具有許多優點，它們的結構牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝 方便，功耗小，頻率高（可達1MHZ），耐震動，不怕灰塵、油污、水氣及鹽霧等 的污染或腐蝕 。 霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關器件無觸點、無磨損、輸出波 形清晰、無抖動、無回跳、位置重複精度高（可達μm 級）。採用了各種補償和 保護措施的霍爾器件的工作溫度範圍寬，可達－ 55℃～150℃。 由於通電導線周圍存在磁場，其大小和導線中的電流成正比，故可以利用霍 爾元件測量出磁場，就可確定導線電流的大小。利用這一原理可以設計製成霍爾 電流傳感器。其優點是不和被測電路發生電接觸，不影響被測電路，不消耗被測 電源的功率，特別適合於大電流傳感。 若把霍爾元件置於電場強度為 E 、磁場強度為H的電磁場中，則在該元件中 將產生電流 I ，元件上同時產生的霍爾電位差和電場強度E 成正比，如果再測出 該電磁場的磁場強度，則電磁場的功率密度瞬時值 P可由 P=EH確定。利用這種 方法可以構成霍爾功率傳感器。 如果把霍爾元件集成的開關按預定位置有規律地佈置在物體上，當裝在運動 物體上的永磁體經過它時，可以從測量電路上測得脈衝信號。根據脈衝信號列可 以傳感出該運動物體的位移。若測出單位時間內發出的脈衝數，則可以確定其運 動速度。 按照霍爾元件的功能可將它們分為:霍爾線性器件 和 霍爾開關器件 。前 者輸出模擬量，後者輸出數字量。 按被檢測的對象的性質可將它們的應用分為:直接應用和間接應用。前者是 直接檢測出受檢測對象本身的磁場或磁特性，後者是檢測受檢對像上人為設置的 磁場，用這個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、力矩、壓力、應力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉 數、轉速以及工作狀態發生變化的時間等，轉變成電量來進行檢測和控制。 (1)霍爾開關 : 按照霍爾開關的感應方式可將它們分為：單極性霍爾開關、雙極性霍爾開關、 全極性霍爾開關。 單極性霍爾開關的感應方式：磁場的一個磁極靠近它，輸出低電位電壓（低電平） 或關的信號，磁場磁極離開它輸出高電位電壓（高電平）或開的信號，但要注意 的是，單極性霍爾開關它會指定某磁極感應才有效，一般是正面感應磁場 S極， 反面感應 N極。 雙極性霍爾開關的感應方式：因為磁場有兩個磁極 N 、S （正磁或負磁），所 以兩個磁極分別控制雙極性霍爾開關的開和關（高低電平），它一般具有鎖定的 作用，也就是說當磁極離開後，霍爾輸出信號不發生改變，直到另一個磁極感應。 另外，雙極性霍爾開關的初始狀態是隨機輸出，有可能是高電平，也有可能是低 電平。 全極性霍爾開關的感應方式：全極性霍爾開關的感應方式與單極性霍爾開關 的感應方式相似，區別在於，單極性霍爾開關會指定磁極，而全極性霍爾開關不 會指定磁極，任何磁極靠近輸出低電平信號，離開輸出高電平信號。 (2)線性霍爾 : 線性霍爾元件是一種模擬信號輸出的磁傳感器，輸出電壓隨輸入的磁力密度 線性變化。 線性霍爾效應傳感器 IC的電壓輸出會精確跟踪磁通密度的變化。在靜態 （無磁場）時，