霍尔传感器-大学课程教学课件.ppt

1、5959dIBRUHH59BeFbUEHHBveeEH载流子受洛仑兹力载流子受洛仑兹力 霍尔电场强度霍尔电场强度平衡状态平衡状态 BvEHbdneIv 载流子运动平均速度载流子运动平均速度 evnbdI 因为dIBneUH1霍尔电势霍尔电势59霍尔常数霍尔常数 neRH1霍尔常数大小取决于导体的载流子密度：霍尔常数大小取决于导体的载流子密度：金属的自由电子密度太大，因而霍尔常数小，霍尔电势也小，金属的自由电子密度太大，因而霍尔常数小，霍尔电势也小，所以金属材料不宜制作霍尔元件。所以金属材料不宜制作霍尔元件。霍尔电势与导体厚度霍尔电势与导体厚度d成反比：成反比：为了提高霍尔电势值，为了提高霍尔电

2、势值， 霍尔元件制成薄片形状。霍尔元件制成薄片形状。 BIKUHHneddRKHH1霍尔元件灵敏度霍尔元件灵敏度（灵敏系数）（灵敏系数） 半导体中电子迁移率（电子定向运动平均速度）比空穴迁移率高，半导体中电子迁移率（电子定向运动平均速度）比空穴迁移率高，因此因此N型半导体型半导体较适合于制造灵敏度高的霍尔元件，较适合于制造灵敏度高的霍尔元件， ne1dIBneUH159霍尔元件霍尔元件 59霍尔元件霍尔元件 59BIKUHH5959BIKUHH595959制作工艺上保证电极对称、欧姆接触59当温度变化时，当温度变化时，补偿的稳定性比补偿的稳定性比要好些要好些 595959)1 (TKKHOH霍

3、尔元件的灵敏系数也是温度的函数，它随温度的霍尔元件的灵敏系数也是温度的函数，它随温度的变化引起霍尔电势的变化，霍尔元件的灵敏系数与变化引起霍尔电势的变化，霍尔元件的灵敏系数与温度的关系温度的关系 KH0 为温度为温度T0时的时的KH值；值； 温度变化量；温度变化量； 霍尔电势的温度系数。霍尔电势的温度系数。 T59BIKUHH59当霍尔元件的当霍尔元件的KH随温度升高而增加时，旁路分流电阻阻值降低随温度升高而增加时，旁路分流电阻阻值降低，自动地加强分流，减少了霍尔元件的控制电流，自动地加强分流，减少了霍尔元件的控制电流I，使原件的输，使原件的输出电势出电势UH保持不变。保持不变。Rp59控制电

4、流控制电流 siPPIRRRI00020温度升到温度升到T时，电路中各参数变为时，电路中各参数变为 )1 (0TRRii)1 (0TRRPP温度为温度为T0时时霍尔元件输入电阻温度系数；分流电阻温度系数。 59 为使霍尔电势不变，补偿电路必须满足为使霍尔电势不变，补偿电路必须满足: 升温前、后的霍尔电势不变，升温前、后的霍尔电势不变， BIKUBIKUHHHH220002200IKIKHHSiPPHsiPPHITRTRTRTKIRRRK)1 ()1 ()1 ()1 (00000000经整理，忽略经整理，忽略 高次项后得高次项后得 2TSiPPsiPpITRTRTRIRRRI)1 ()1 ()1

5、 (00025900iPRR当霍尔元件选定后，它的输入电阻 和温度系数 及霍尔电势温度系数 可以从元件参数表中查到（ 可以测量出来），用上式即可计算出分流电阻 及所需的分流电阻温度系数 值。 0iR0pR0iR595959位移量较小，适于测量微位移和机械振动位移量较小，适于测量微位移和机械振动 591. 弹簧管弹簧管 2. 磁铁磁铁 3. 霍尔片霍尔片 5959cosBIKUHH霍尔电势是磁场方向与霍尔基片法线方向之间夹角的函数。霍尔电势是磁场方向与霍尔基片法线方向之间夹角的函数。应用：应用：霍尔式磁罗盘、霍尔式方位传感器、霍尔式转速传感器霍尔式磁罗盘、霍尔式方位传感器、霍尔式转速传感器595

6、9磁铁磁铁59测量铁心测量铁心 气隙的气隙的B值值5960 22fn S SN N线性霍尔线性霍尔磁铁磁铁59n= = 6060f4(r/min)软铁分流翼片 T T5959带有微带有微型磁铁型磁铁的霍尔的霍尔传感器传感器钢质钢质霍尔霍尔59霍尔元件霍尔元件磁铁磁铁59汽车点火线圈汽车点火线圈高压输出高压输出接头接头12V低压电源低压电源输入接头输入接头5959汽车霍尔式分电器示意图汽车霍尔式分电器示意图 1-1-触发器叶片触发器叶片 2- -槽口槽口 3- -分电器转轴分电器转轴 4- -永久磁铁永久磁铁 5- -霍尔集成电路（霍尔集成电路（PNP型霍尔型霍尔IC） a a）带缺口的触发器叶

7、片）带缺口的触发器叶片 b）触发器叶片与永久磁铁及霍尔集）触发器叶片与永久磁铁及霍尔集成电路之间的安装关系成电路之间的安装关系 c c）叶片位置与点火正时的关系）叶片位置与点火正时的关系 59汽车电子点火电路及波形汽车电子点火电路及波形 1点火开关点火开关 2达林顿晶体管功率开关达林顿晶体管功率开关 3点火线圈低压侧点火线圈低压侧 4点火线圈铁心点火线圈铁心 5点火线圈高压侧点火线圈高压侧 6分火头分火头 7火花塞火花塞 a a）电路）电路 b）霍尔）霍尔IC及点火线圈高压侧输出波形及点火线圈高压侧输出波形 当叶片槽口当叶片槽口转到霍尔转到霍尔IC面前面前时，霍尔时，霍尔IC输出输出跳变为高电

8、平，跳变为高电平，经反相变为低电经反相变为低电平，达林顿管截平，达林顿管截止，切断点火线止，切断点火线圈的低压侧电流。圈的低压侧电流。由于没有续流元由于没有续流元件，所以存储在件，所以存储在点火线圈铁心中点火线圈铁心中的磁场能量在高的磁场能量在高压侧感应出压侧感应出3050kV的高电压。的高电压。 59点火总成点火总成5959普通直流电动机使用普通直流电动机使用的电刷和换向器的电刷和换向器59可充电可充电电池组电池组无刷电动机无刷电动机59 去速度去速度控制器控制器 利用利用PWM调速调速595959 在右图中，当磁在右图中，当磁铁随运动部件移动到距铁随运动部件移动到距霍尔接近开关几毫米时，霍

9、尔接近开关几毫米时，霍尔霍尔ICIC的输出由高电平的输出由高电平变为低电平，经驱动电变为低电平，经驱动电路使继电器吸合或释放，路使继电器吸合或释放，控制运动部件停止移动控制运动部件停止移动（否则将撞坏霍尔（否则将撞坏霍尔ICIC）起到限位的作用。起到限位的作用。 5959线性霍尔线性霍尔IC EH=KH IB 595959压舌压舌豁口豁口59直流直流200A量程量程被测电流的被测电流的导线未放入导线未放入铁心时示值铁心时示值为零为零70.9A70.9A59钳形表的环形铁钳形表的环形铁心可以张开，心可以张开， 导线由此穿过导线由此穿过霍尔钳形霍尔钳形 电流表演示电流表演示霍尔钳形霍尔钳形 电流表演示电流表演示70.9A70.9A59被测电流的导线从此处穿入被测电流的导线从此处穿入钳形表的环形铁心钳形表的环形铁心手指按下此处，将钳形表的手指按下此处，将钳形表的铁心张开铁心张开将被测电流导线逐根夹将被测电流导线逐根夹到钳形表的环形铁心中到钳形表的环形铁心中59 叉形叉形钳形表钳形表漏磁稍大，漏磁稍大，但使用方便但使用方便 用用钳形表测量钳形表测量 电动机的相电流电动机的相电流59铁心的铁心的 开合缝隙开合缝隙 铁心的铁心的 杠杆压舌杠杆压舌59