第七章 霍尔传感器课件.ppt

第7章 霍尔传感器 7.1 霍尔传感器工作原理 7.1.1 霍尔效应 7.1.2 基本原理 7.1.3 霍尔元件的基本结构及特性参数 7.1.4 基本误差及其补偿 7.2 霍尔元件的结构和基本电路 7.2.1 开关型霍尔集成电路 7.2.2 线性型霍尔集成电路 7.3 霍尔式传感器的应用 7.1 霍尔传感器工作原理 半导体薄片置于磁场中，当它的电流方向与磁场方向不一致时，半导体薄片上平行于电流和磁场方向的两个面之间产生电动势，这种现象称霍尔效应。 产生的电动势称霍尔电势 半导体薄片称霍尔元件 7.1.1 霍尔效应 7.1.2 工作原理 7.1.3 霍尔元件的结构和特性参数 它由霍尔片、四根引线和壳体组成 霍尔片是矩形半导体单晶薄片 在元件的长度方向的两个端面上焊有a、b两根控制电流端引线，通常用红色导线，其焊接处称为控制电流极（或称激励电极）； 在元件的另两侧端面的中间以点的形式对称的焊接c、d两根霍尔端输出引线，通常用绿色导线，其焊接处称为霍尔电极 霍尔元件的壳体采用非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装。 当磁场和环境温度一定时: 霍尔电势与控制电流I成正比 当控制电流和环境温度一定时: 霍尔电势与磁场的磁感应强度B成正比 当环境温度一定时: 输出的霍尔电势与I和B的乘积成正比 测量以上电阻时，应在没有外磁场和室温变化的条件下进行。 霍尔元件的主要特性参数： (1) 输入电阻和输出电阻 输入电阻：控制电极间的电阻 输出电阻：霍尔电极之间的电阻 (2) 额定控制电流和最大允许控制电流 额定控制电流：当霍尔元件有控制电流使其本身在 空气中产生10℃温升时，对应的控制电流值 最大允许控制电流：以元件允许的最大温升限制所对 应的控制电流值 (3) 不等位电势Uo和不等位电阻ro 不等位电势：当霍尔元件的控制电流为额定值时，若元件所处位置的磁感应强度为零，测得的空载霍尔电势。 不等位电势是由霍尔电极2和之间的电阻决定的， r 0称不等位电阻 （4）灵敏度 元件在单位磁感应强度和单位控制电流下所得到的开路霍尔电压，又称霍尔乘积灵敏度。 （5）霍尔电势温度系数 在一定的磁感应强度和控制电流的条件下，环境温度每变化1℃时，霍尔电势变化的百分率 （6）电阻温度系数 温度每变化1℃时霍尔元件材料的电阻变化的百分率。 7.1.4 霍尔元件误差及补偿 1. 不等位电势误差的补偿 2. 温度误差及其补偿 1. 不等位电势误差的补偿 可以把霍尔元件视为一个四臂电阻电桥，不等位电势就相当于电桥的初始不平衡输出电压。 电势的补偿电路 2. 温度误差及其补偿 温度误差产生原因： 霍尔元件的基片是半导体材料，因而对温度的变化很敏感。其载流子浓度和载流子迁移率、电阻率和霍尔系数都是温度的函数。 当温度变化时，霍尔元件的一些特性参数，如霍尔电势、输入电阻和输出电阻等都要发生变化，从而使霍尔式传感器产生温度误差。 减小霍尔元件的温度误差 采用恒流源提供控制电流 采用热敏元件 合理选择负载电阻 采用桥路温度补偿电路 采用恒流源提供控制电流 温度为T0时 温度为T时 要使霍尔电势不随温度变化 得 采用热敏元件 合理选择负载电阻 采用桥路温度补偿电路 7.2 霍尔集成电路 7.2.1 开关型霍尔集成电路 7.2.2 线性型霍尔集成电路 7.2.1 开关型霍尔集成电路 霍尔元件的输出经过处理后输出一个高电平或低电平的数字信号 将霍尔元件、稳压电路、差分放大器、施密特触发器（具有回差特性）、OC门（集电极开路输出门）等电路做在同一个芯片上 7.2.2 线性型霍尔集成电路 电路通常由霍尔元件、差分放大、射极跟随输出及稳压电路四部分组成 当外加磁场时，霍尔元件产生与磁场成线性比例变化的霍尔电压，再经放大器放大后输出 线性型霍尔集成电路有单端输出和双端输出（差动输出）两种 7.3 霍尔式传感器的应用 优点: 结构简单，体积小，重量轻，频带宽，动态特性好和寿命长 应用： 电磁测量：测量恒定的或交变的磁感应强度、有功功率、无功功率、相位、电能等参数； 自动检测系统：多用于位移、压力的测量。 7.3.1 霍尔式位移传感器 测量原理： 霍尔电势与磁感应强度成正比，若磁感应强度是位置的函数，则霍尔电势的大小就可以用来反映霍尔元件的位置。 7.3.2 霍尔式电流传感器 7.3.3 霍尔式压力传感器 7.3.4 霍尔式转速传感器 几种霍尔式转速传感器的结构 7.3.4 霍尔式功率传感器 上一页 下一页 返 回 上一页 下一页 返 回 上