霍尔传感器6月4.ppt

霍尔效应演示 当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作用，向内侧偏移在半导体薄片c、d方向的端面之间建立起霍尔电势。 四、霍尔集成电路 霍尔集成电路可分为线性型和开关型两大类。 线性型集成电路是将霍尔元件和恒流源、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。较典型的线性型霍尔器件如UGN3501等。 线性型霍尔特性 右图示出了具有双端差动输出特性的线性霍尔器件的输出特性曲线。当磁场为零时，它的输出电压等于零；当感受的磁场为正向（磁钢的S极对准霍尔器件的正面）时， 输出为正；磁场反向时，输出为负。 开关型霍尔集成电路 开关型霍尔集成电路是将霍尔元件、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。较典型的开关型霍尔器件如UGN3020等。 四、霍尔传感器的应用 1、霍尔转速表 霍尔轮速传感器是由传感头和齿圈组成。传感头由永磁体，霍尔元件和电子电路等组成，永磁体的磁力线穿过霍尔元件通向齿轮，如下图所示。 　 当齿轮位于图中(a)所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线分散，磁场相对较弱；而当齿轮位于图中(b)所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线集中，磁场相对较 强。齿轮转动时，使得穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化，因而引起霍尔电压的变化，霍尔元件将输出一个毫伏(mV)级的准正弦波电压。此信号还需由电子电 路转换成标准的脉冲电压。 　　 霍尔轮速传感器具有以下优点：其一是输出信号电压幅值不受转速的影响。；其二是频率响应高。其响应频率高 达20kHz，相当于车速为1000km/h时所检测的信号频率；其三是抗电磁波干扰能力强。因此，霍尔传感器不仅广泛应用于ABS轮速检测，也广泛应用 于其控制系统的转速检测。 小 结 霍尔元件测量的关键是霍尔效应。霍尔电势UH与磁感应强度B、控制电流之间存在关系UH=KHIB。KH称为霍尔元件的乘积灵敏度，它反映了霍尔元件的磁电转换能力。 实际使用中，霍尔电势会受到温度变化的影响，一般用霍尔电势温度系数a来表征。为了减小a ，需要对基本测量电路进行温度补偿的改进，常用的有以下方法：采用恒流源提供控制电流；选择合理的负载电阻进行补偿；利用霍尔元件回路的串联或并联电阻进行补偿；也可以在输入回路或输出回路中加入热敏电阻进行温度误差的补偿。 由于霍尔元件在制造工艺方面的原因存在一个不等位电势UM，从而对测量结果造成误差。为解决这一问题，可采用具有温度补偿的桥式补偿电路。该电路本身也接成桥式电路，且其中一个桥臂采用热敏电阻，可以在霍尔元件的整个工作温度范围内对UM进行良好的补偿。 * * * * 1、压电效应和逆压电效应； 2、等效电路； 3、完整等效电路； 4、测量电路； * 1、压电效应和逆压电效应 天然结构的石英晶体呈六角形晶柱，用金刚石刀具切割出一片正方形薄片。当晶体薄片受到压力时，晶格产生变形，表面产生正电荷，电荷Q与所施加的力F成正比，这种现象称为压电效应。当作用力方向改变时, 电荷的极性也随之改变。把这种机械能转为电能的现象, 称为“正压电效应”。有一些人造的材料也具有压电效应。 若在电介质的极化方向上施加交变电压，它就会产生机械变形。当去掉外加电场时，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应（电致伸缩效应）。 _ y 逆压电效应 压电效应 * * 可以把压电式传感器等效成一个与电容相并联的电荷源，也可以等效为一个电压源与电容串联。 2、等效电路 电荷等效电路 电压等效电路 * * 3、完整等效电路 压电传感器与测量仪表联接时，还必须考虑电缆电容CC，放大器的输入电阻Ri和输入电容Ci以及传感器的泄漏电阻Ra。 压电传感器的实际等效电路 * * 4、测量电路 压电传感器本身的内阻抗很高，而输出能量较小， 因此它的测量电路通常需要接入一个高输入阻抗的前置放大器，其作用： 一是把它的高输出阻抗变换为低输出阻抗； 二是放大传感器输出的微弱信号。 压电传感器的输出可以是电压信号，也可以是电荷信号，因此前置放大器也有两种形式：电压放大器和电荷放大器。 q 霍尔传感器是利用半导体材料的霍尔效应进行测量的一种传感器。它可以直接测量磁场及微位移量，也可以间接测量液位、压力等工业生产过程参数。目前霍尔传感器已从分立元件发展到了集成电路的阶段，正越来越受到人们的重视，应用日益广泛。 第一节 霍尔传感器