霍尔元件应用霍尔效应的半导体.doc

1、 霍尔元件 霍尔元件应用霍尔效应的半导体。 2、 霍尔效应 置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势差，这种现象称霍尔效应。 3、 霍尔系数（又称霍尔常数）RH 在磁场不太强时，霍尔电势差UH与激励电流I和磁感应强度B的乘积成正比，与霍尔片的厚度成反比，即UH =RH*I*B/，式中的RH称为霍尔系数，它表示霍尔效应的强弱。 另RH=*即霍尔常数等于霍尔片材料的电阻率与电子迁移率的乘积。 4、 霍尔灵敏度KH（又称霍尔乘积灵敏度） 霍尔灵敏度与霍尔系数成正比而与霍尔片的厚度成反比，即KH=RH/，它通常可以表征霍尔常数。 5、 霍尔额定激励电流 当霍尔元件自身温升10时所流过的激励电流称为额定激励电流。 6、 霍尔最大允许激励电流 以霍尔元件允许最大温升为限制所对应的激励电流称为最大允许激励电流。 7、 霍尔输入电阻 霍尔激励电极间的电阻值称为输入电阻。 8、 霍尔输出电阻 霍尔输出电极间的电阻值称为输入电阻。 9、 霍尔元件的电阻温度系数 在不施加磁场的条件下，环境温度每变化1时，电阻的相对变化率，用表示，单位为%/。 10、 霍尔不等位电势（又称霍尔偏移零点） 在没有外加磁场和霍尔激励电流为I的情况下，在输出端空载测得的霍尔电势差称为不等位电势。 11、霍尔输出电压 在外加磁场和霍尔激励电流为I的情况下，在输出端空载测得的霍尔电势差称为霍尔输出电压。 12、霍尔电压输出比率 霍尔不等位电势与霍尔输出电势的比率 13、霍尔寄生直流电势 在外加磁场为零、霍尔元件用交流激励时，霍尔电极输出除了交流不等位电势外，还有一直流电势，称寄生直流电势。 14、霍尔不等位电势 在没有外加磁场和霍尔激励电流为I的情况下，环境温度每变化1时，不等位电势的相对变化率。 15、霍尔电势温度系数 在外加磁场和霍尔激励电流为I的情况下，环境温度每变化1时，不等位电势的相对变化率。它同时也是霍尔系数的温度系数。霍尔磁敏传感器的原理及应用1引言广告插播信息维库3月份最新热卖芯片： L4978 MAX772ESA LT1464CS8 SG6841SZ TL16C554AFNR DBL358 LP2981IM5X-5.0 74LS75 ADM561JR BA5415A由霍尔效应的原理知，霍尔电势的大小取决于： Rh为霍尔常数，它与半导体材质有关；IC为霍尔元件的偏置电流；B为磁场强度；d为半导体材料的厚度。 对于一个给定的霍尔器件，Vh将完全取决于被测的磁场强度B。一个霍尔元件一般有四个引出端子，其中两根是霍尔元件的偏置电流IC的输入端，另两根是霍尔电压的输出端。如果两输出端构成外回路，就会产生霍尔电流。一般地说，偏置电流的设定通常由外部的基准电压源给出；若精度要求高，则基准电压源均用恒流源取代。为了达到高的灵敏度，有的霍尔元件的传感面上装有高导磁系数的坡莫合金；这类传感器的霍尔电势较大，但在0.05T左右出现饱和，仅适用在低量限、小量程下使用。近年来，由于半导体技术的飞速发展，出现了各种类型的新型集成霍尔元件。这类元件可以分为两大类，一类是线性元件，另一类是开关类元件。2线性霍尔元件的原理及应用UGN350lT是一种目前较常用的三端型线性霍尔元件。它由稳压器、霍尔发生器和放大器组成。用UGN350lT可以十分方便地组成一台高斯计。其使用十分简单，先使B=0，记下表的示值VOH，再将探头端面贴在被测对象上，记下新的示值VOH1。VOH=VOH1-VOH如果VOH0，说明探头端面测得的是N极；反之为S极。UGN3501T的灵敏度为7VT，由此即可测出相应的被测磁感应强度B。如果采用数字电压表(DVM)，可得图1所示的线性高斯计。运放采用高精度运放CA3130。该电路的具体调零方式为：开启电源后，令B=0，调节W1使DVM的示值为零，然后用一块标准的钕铝硼磁钢(B=0.1T)贴在探头端面上，调节W2使DVM的示值为1V即可。本高斯计检测时示值如果为-200mV，则探头端面检测的是S极，磁场强度为002T。本高斯计也可用来测量交变的磁场，不过DVM应改为交流电压表。显然使用图1的电路可以很方便地扩展普通数字万用表的功能。用UGN3501T还可以十分方便地组成如图2所示的钳形电流表。将霍尔元件置于钳形冷轧硅钢片的空隙中，当有电流流过导线时，就会在钳形圆环中产生磁场，其大小正比于流过导线电流的安匝数；这个磁场作用于霍尔元件，感应出相应的霍尔电势，其灵敏度为7VT，经过运放A741调零，线性放大后送入DVM，组成数字式钳形电流表。该表的调试也十分简单：导线中的电流为零时，调节W1、W2使DVM的示值为零。然后输入50A的电流，调W3使DVM读数为5V；反向输入-50A电流，数字表示值为-5V。反复调节W1、W2、W3，读数即可符合要求。本钳形电流表经实验，其灵敏度不小于0.1VA，同样，本电流表也可用于交流电流的测量，将DVM换成交流电压表即可，十分方便。3开关型霍尔传感器的原理及应用开关型霍尔传感器可分为单稳态和双稳态，内部均有5个部分，即由稳压源、霍尔电势发生器、差分放大器、施密特触发器以及输出级组成。双稳态传感器具有两组对称的施密特整形电路。图3是单稳态开关集成霍尔元件UGN3020的功能图及输出特性。对于开关型传感器的正值规定是：用磁铁的S极接近传感器的端面所形成的B值为正值。由图3看出，当B=0时，V0为高电平；当外磁场增至BOP时，输出V0由高电平转为低电平。外磁场由BOP降至BrP时，输出V0由低电平反向，BrP被称为释放点。对于UGN3020，BOP=0.022T，BRP=0.0165T，VOL=80150mV，VOH=4V，工作电压为4.5V24V。UGN3020可组成转速计探头。该探头由霍尔元件UGN3020和磁钢组成测量电路。将具有10个齿的圆盘固定于被测对象的旋转主轴上。当圆盘齿经过测量磁路的间隙时，霍尔元件输出高电平，其他时间输出为低电平；这样圆盘每转一周，电路输出10个脉冲，脉冲经过分频后，用频率计即可测出被测对象的实际转速。用集成霍尔传感器还可以组成过流检测保护电路，该电路如图4所示。UGN3020固定于环形互感磁钢的空隙中，调整传感面的位置，即可调节其动作的起始磁场，图中的继电器如用内含双向晶闸管的固态继电器代替，可以组成无触点的过流保护电路。开关型霍尔元件最具特点的应用是在无刷电机上。通常的直流电机采用电刷型整流子供电，这种供电机构工作时噪声大，电机的寿命由于换相器的严重磨损大大减小。利用霍尔元件代替整流子不仅可以根治有刷电机的上述