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1、2020/9/22,1,第九章 霍爾傳感器,本章主要學(xué)習(xí)霍爾傳感器 的工作原理、霍爾集成電路的特性及其在檢測(cè)技術(shù)中的應(yīng)用，還涉及磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)。,霍爾元件是一種四端元件,2020/9/22,2,第一節(jié) 霍爾元件的結(jié)構(gòu)及工作原理,半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 的磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于薄片，當(dāng)有電流I 流過薄片時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)EH，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。,磁感應(yīng)強(qiáng)度B為零時(shí)的情況,c,d,a,b,2020/9/22,3,磁感應(yīng)強(qiáng)度B 較大時(shí)的情況,作用在半導(dǎo)體薄片上的磁場(chǎng)強(qiáng)度B越強(qiáng)，霍爾電勢(shì)也就越高。霍爾電勢(shì)EH可用下式表示： EH=KH IB,2020/9/2

2、2,4,霍爾效應(yīng)演示,當(dāng)磁場(chǎng)垂直于薄片時(shí)，電子受到洛侖茲力的作用，向內(nèi)側(cè)偏移，在半導(dǎo)體薄片c、d方向的端面之間建立起霍爾電勢(shì)。,c,d,a,b,2020/9/22,5,磁場(chǎng)不垂直于霍爾元件時(shí)的霍爾電動(dòng)勢(shì),若磁感應(yīng)強(qiáng)度B不垂直于霍爾元件，而是與其法線成某一角度 時(shí)，實(shí)際上作用于霍爾元件上的有效磁感應(yīng)強(qiáng)度是其法線方向（與薄片垂直的方向）的分量，即Bcos，這時(shí)的霍爾電勢(shì)為 EH=KHIBcos,結(jié)論：霍爾電勢(shì)與輸入電流I、磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比，且當(dāng)B的方向改變時(shí)，霍爾電勢(shì)的方向也隨之改變。如果所施加的磁場(chǎng)為交變磁場(chǎng)，則霍爾電勢(shì)為同頻率的交變電勢(shì)。,2020/9/22,6,霍爾元件的主要外特性

3、參數(shù),最大磁感應(yīng)強(qiáng)度BM,上圖所示霍爾元件的線性范圍是負(fù)的多少高斯至正的多少高斯？,,線性區(qū),2020/9/22,7,霍爾元件的主要外特性參數(shù)（續(xù)）,最大激勵(lì)電流IM :,由于霍爾電勢(shì)隨激勵(lì)電流增大而增大，故在應(yīng)用中總希望選用較大的激勵(lì)電流。但激勵(lì)電流增大，霍爾元件的功耗增大，元件的溫度升高，從而引起霍爾電勢(shì)的溫漂增大，因此每種型號(hào)的元件均規(guī)定了相應(yīng)的最大激勵(lì)電流，它的數(shù)值從幾毫安至十幾毫安。,以下哪一個(gè)激勵(lì)電流的數(shù)值較為妥當(dāng)？ 5A 0.1mA 2mA 80mA,2020/9/22,8,第二節(jié) 霍爾集成電路,霍爾集成電路可分為線性型和開關(guān)型兩大類。,線性型集成電路是將霍爾元件和恒流源、線性差

4、動(dòng)放大器等做在一個(gè)芯片上，輸出電壓為伏級(jí)，比直接使用霍爾元件方便得多。較典型的線性型霍爾器件如UGN3501等。,線性型三端 霍爾集成電路,2020/9/22,9,線性型霍爾特性,右圖示出了具有雙端差動(dòng)輸出特性的線性霍爾器件的輸出特性曲線。當(dāng)磁場(chǎng)為零時(shí)，它的輸出電壓等于零；當(dāng)感受的磁場(chǎng)為正向（磁鋼的S極對(duì)準(zhǔn)霍爾器件的正面）時(shí)， 輸出為正；磁場(chǎng)反向時(shí)，輸出為負(fù)。,請(qǐng)畫出線性范圍,2020/9/22,10,開關(guān)型霍爾集成電路,開關(guān)型霍爾集成電路是將霍爾元件、穩(wěn)壓電路、放大器、施密特觸發(fā)器、OC門（集電極開路輸出門）等電路做在同一個(gè)芯片上。當(dāng)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度超過規(guī)定的工作點(diǎn)時(shí)，OC門由高阻態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)

5、，輸出變?yōu)榈碗娖?；?dāng)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度低于釋放點(diǎn)時(shí)，OC門重新變?yōu)楦咦钁B(tài)，輸出高電平。較典型的開關(guān)型霍爾器件如UGN3020等。,2020/9/22,11,開關(guān)型霍爾集成電路的外形及內(nèi)部電路,OC門,施密特 觸發(fā)電路,雙端輸入、 單端輸出運(yùn)放,霍爾 元件,.,Vcc,2020/9/22,12,開關(guān)型霍爾集成電路（OC門輸出）的接線,請(qǐng)按以下電路，將下一頁中的有關(guān)元件連接起來.,開關(guān)型霍爾集成電路與繼電器的接線,,,,,,,?,2020/9/22,14,開關(guān)型霍爾集成電路的史密特輸出特性,回差越大，抗振動(dòng)干擾能力就越強(qiáng)。,當(dāng)磁鐵從遠(yuǎn)到近地接近霍爾IC，到多少特斯拉時(shí)輸出翻轉(zhuǎn)？當(dāng)磁鐵從近到遠(yuǎn)地遠(yuǎn)離霍爾IC，到多少特斯拉時(shí)輸出再次翻轉(zhuǎn)？回差為多少特斯拉？,,,2020/9/22,15,,出去活動(dòng)一下,