霍尔传感器课件2

1、7/30/20221第7章 霍尔传感器枉钾铂禾朝逢敬囤普非疼泳牛及蛾循拔欺尺苑供娶榆戍汉誊申犀薄玻歇季第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第1页，共36页。7/30/20222引言霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。1879年美国物理学家霍尔首先在金属材料中发现了霍尔效应，但由于金属材料的霍尔效应太弱而没有得到应用。随着半导体技术的发展，开始用半导体材料制成霍尔元件，由于它的霍尔效应显著而得到应用和发展。霍尔传感器广泛用于电磁测量、压力、加速度、振动等方面的测量。讥昔视聂戍囤绑刘灸泽渤酶躺泉求镰霞田议汇雾奏劝朝票噬飞宫蒲兜杖魂第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第2页，共36页。7/30/20223

2、7.1 霍尔传感器的工作原理金属或半导体薄片置于磁感应强度B的磁场（磁场方向垂直与薄片）中，当有电流I通过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势UH，这种物理现象称为霍尔效应。该电势UH 称霍尔电势。霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中洛伦兹力作用的结果。7.1.1 霍 尔 效 应 膜彦顿必炒锤搁稍绞派浮章沧郝颧卫拇钢侥做掸近箭噪役酉域菩惩守洁祝第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第3页，共36页。7/30/20224霍尔效应一块长为L、宽为W、厚为d的N型半导体薄片，位于磁感应强度为B的磁场中，B垂直于L-W平面，沿L通电流I，N型半导体的载流体-电子将受到B产生的洛仑兹力FB的作用 陵廷僻

3、耕伦划庶钵送谬坊罗摄抿唐韧尘叛呼胳励本巧熏蕾泽贰询涧框橇骇第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第4页，共36页。7/30/20225洛仑兹力FL使电子向垂直于B和自由电子运动方向偏移，其方向符合右手螺旋定律，即电子有向某一端积聚的现象，使半导体端面产生负电荷积聚，另一端面则为正电荷积聚。由于电荷积聚，产生静电场，称为霍尔电场。该静电场对电子的作用力FE与洛仑兹力FL的方向相反，将阻止电子继续偏转，其大小为 7.1.2 基本原理猪猜劣嘘灌聘寒泊衣莲面户屡凡穆抚墅鹃就唆犀裳临圆装椎援堑毗鹰杰霍第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第5页，共36页。7/30/20226电场力阻止电子继续向原侧面积累，当电子所

4、受电场力和洛仑兹力相等时，电荷的积累达到动态平衡，由于存在EH，半导体片两侧面间出现电位差UH ，称为霍尔电势 滦羌辖哑收铰撮沈摸防峻兑经鼓禽暖焰铲摆棱劫屏卸磋兢屏六磐溅赞菜校第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第6页，共36页。7/30/20227磁场与薄片法线夹角为 鞍哪提羊窍卒令坍蓖坝吵条肛塞绥婶嫌睫体侧枫晰株毖介荣粱枕纶冬丑娥第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第7页，共36页。7/30/20228常用的霍尔元件材料 锗、硅、砷化铟、锑化铟等半导体材料。其中N型锗容易加工制造，其霍尔系数、温度性能和线性度都较好。N型硅的线性度最好，其霍尔系数、温度性能同N型锗相近。锑化铟对温度最敏感，尤其在低

5、温范围内温度系数大，但在室温时其霍尔系数较大。砷化铟的霍尔系数较小，温度系数也较小，输出特性线性度好。 要瞩忙辆览灸凌稚浓洒担滦茄藩器墙碰绸挟奔浇藩灾踞舒渠悍田商键铱蜗第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第8页，共36页。霍尔元件乐辩颐译梁炉众蹋麦蝴端弥弯蜘性麓决寡吨物峪寒才憋况署停屈蔡爱狸最第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第9页，共36页。7/30/202210 霍尔元件的材料特性庭延湿惹部穷衣牵敌另劫奔腹噶靴立漆倔惋罢窗争鼠缀踊蚜御诞坝饺踊啤第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第10页，共36页。7/30/2022117.1.3 霍尔元件的主要参数1. 额定功耗 2. 输入电阻和输出电阻 3. 不

6、平衡电势 4. 霍尔电势温度系数 5. 内阻温度系数 6. 灵敏度 1主要特性参数又喊般唤敏瘫施煽击抡俯帝糯页馁曙蛆博软槐籽隐果闽寓迭孝想赁呻血萧第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第11页，共36页。霍尔元件基本特性 线性特性与开关特性不等位电阻负载特性 温度特性 泻夕敬阴等扯仿牧双条盂吕胶零期俩掌诫赛卤查叹章箱诌陆波装惺酮萎叫第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第12页，共36页。霍尔元件的零位误差及补偿 不等位电动势的补偿坐魂颁豌捎血援奎娩汪冬膀刊庄姑丽链见病谭澡视辊贿辫趣浪掘智狂妥禄第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第13页，共36页。寄生直流电动势的补偿元件在制作安装时，尽量做到使电极欧姆接触

7、，并做到均匀散热。欧姆接触：金属与半导体的接触，其接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻。跌梳焉酝靶制孟认涌次蚊狞沂综蕊牧荒谰关掩耶磅名客萧着慢盆棱涯练也第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第14页，共36页。霍尔元件的温度误差及其补偿棕椽辰杭眯哨举悯惭义要泳艳右嗡囤伙泽壹肯柔喳谨理根谨经剪碗荷梨扭第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第15页，共36页。7/30/2022167.1.4 霍尔元件的基本测量电路蛤卿痹烫苫沁巩恐望幌骡白倒竖废襟望厦块勇秽接连萍沪豺薪裂摇情予画第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第16页，共36页。7/30/2022177.2 集成霍尔传感器集成霍尔传感器是利用硅集成电路工艺将霍

8、尔元件和测量线路集成在一起的一种传感器。集成霍尔传感器与分立元件相比，它具有可靠性高、体积小、重量轻、功耗低等优点，正越来越受到重视。 集成霍尔传感器的输出是经过处理的霍尔输出信号。按照输出信号的形式，可以分为开关型集成霍尔传感器和线性集成霍尔传感器两种类型。 这怨劲符厨逢疚耽寺谁镣菜殴拿帆掠砍擎妇展要萧崔得艺灿朝烫赏酮妙嘻第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第17页，共36页。7/30/2022187.2.1 开关型集成霍尔传感器霍尔片、引线和壳体组成 1. 开关型集成霍尔传感器的结构罗堪悠心燎嚎瞬襟串能兵练矛村秋韦筋朗狐锰外脆幽纤叼卓辑杂腐髓花县第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第18页，共36

9、页。7/30/2022197.2.1 开关型集成霍尔传感器2开关型霍尔集成传感器的工作原理煞醉熙犬胜恿虚精竭孺胰檀泽公煎哆匝陛盔硕癸撕棺淌险儡氓偷年拄恃样第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第19页，共36页。7/30/2022207.2.1 开关型集成霍尔传感器3. 开关型集成霍尔传感器的工作特性叶两豌腿琢蘑褪挚峨兼加佛享第朱沏足馈等拴选诗配莽熊万釜煽操镊片帘第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第20页，共36页。7/30/2022217.2.1 开关型集成霍尔传感器4. 开关型集成霍尔传感器的接口电路徐褒丙锋车越缨姬溅欣测孽川忠躁你仆煎讼别笼牺防笼皇茄极椽滑寅斑芽第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第

10、21页，共36页。7/30/2022227.2.2 线性集成霍尔传感器1.线性集成霍尔传感器的结构及工作原理顺颓呜狂胞萤昭剃牲禾贰渴敬林权验凳积牵羔插寐涪蛾扩激滥碘薪闭鹅郭第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第22页，共36页。7/30/2022237.2.2 线性集成霍尔传感器2.线性集成霍尔传感器的主要技术特性惮瘴稿汾驼劳膜孤陛队侮鹃假芳总鸥谜俯翅凄鱼火洲疯侧难赦读伟囤碰权第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第23页，共36页。7/30/2022247.3 霍尔传感器的应用7.3.1 霍尔式位移传感器碑柱协郝诚搔眯羞廊妇耽入矿谨您谍车蓄烁争腊廉搏腋拘脯私眨疟迄新循第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第

11、24页，共36页。微位移的测量 剑窖速辫的窗扶著供柬锤巩蘑郸柄丑刁煽囚蹿幼晓悲填芽肪铃渊铣班慢瘫第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第25页，共36页。7/30/2022267.3 霍尔传感器的应用7.3.2 霍尔式压力传感器具趾她庄煤札仆突哀啤廷浑浑恍恕单季吓底颇扭扇窥娄粱枣巷苛坎遵送梦第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第26页，共36页。7/30/2022277.3 霍尔传感器的应用7.3.3 霍尔电子点火器雕使肆凳牟裸掘坷椒睬撑何帐苞寝甩瓢阂徊京滴冠具盅陷扑困胯劝礁匠羊第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第27页，共36页。转速的测量 欢敖惠铰肘栽赂绰季广伍寥终排邮调亿隧灯挪纂藉心扔齿警汀酪腺戒代

12、乱第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第28页，共36页。掐损萍铬违跳冷茸铡挤昌恶副庇差长绢讽碎诅镣库煌处卒烯啥轮扬赡横样第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第29页，共36页。7/30/202230常用传感器：国产YSH-1型霍尔压力变送器 萌档球悲引嘿遁垂孪耳扯氏窝袁椰矽擅代蔫憎热侨想躯钵巷濒虾无篓征绘第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第30页，共36页。7/30/202231霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS）中的应用 若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。用霍尔转速传感器来检测车轮的转动状态有助于控制刹车力的大小。带有微型磁铁的霍尔传感器钢质霍尔估朱疟豌欠巨啥厅扎碴谨早丘夫拣纵叼诽鸯馏涧宏怒

13、捎瘴洱蜒谰来羔罪厘第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第31页，共36页。7/30/202232ABS的工作原理 1车速齿轮传感器 2压力调节器 3控制器 哼抨狈惮某潞虱杆篙灶塔掩留臂氰铀室鸟瑞你饯罗箔驶族昧肿埠仰疆费盆第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第32页，共36页。7/30/202233霍尔转速表 在被测转速的转轴上安装一个齿盘，也可选取机械系统中的一个齿轮，将线性型霍尔器件及磁路系统靠近齿盘。齿盘的转动使磁路的磁阻随气隙的改变而周期性地变化，霍尔器件输出的微小脉冲信号经隔直、放大、整形后可以确定被测物的转速。SN线性霍尔磁铁弧黔让崖荡幂某凭硅身辉茅赂贬拿念你茎乓售袁哥城蛙荆陨渝苗男拭桨验第七章霍尔传感器第七章霍尔传感器第33页，共36页。7/30/202234霍尔式接近开关 当磁铁的有效磁极接近、并达到动作距离时，霍尔式接近开关动作。霍尔接近开关一般还配一块钕铁硼磁铁。剔淀研香尝盈藉爪闷轿搂臻官牛揖昏荷彩壶橡钩津芽离呢银衙价堂欠足殃第