【学习课件】第7章_磁电式传感器

线性型三端 霍尔集成电路
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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。
➢ 特点：结构简单、体积小、动态特性好、寿命长。
磁
学 量
磁敏传感器
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电 信 号
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第7章 概述
磁电式传感器
传感器原理及应用
磁电传感器 霍尔传感器测转速
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第一节 霍尔元件的结构及工作原理
半导体薄片置于磁感应强度为B 的磁场中， 磁场方向垂直于薄片，当有电流I 流过薄片时，在 垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH，这 种现象称为霍尔效应。
电动自行车
无刷电动机
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可充电 电池组
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无刷电动机在电动自行车上的应用
无刷直流电动机 的外转子采用高性能 钕铁硼稀土永磁材料； 三个霍尔位置传感器 产生六个状态编码信 号，控制逆变桥各功 率管通断，使三相内 定子线圈与外转子之 间产生连续转矩，具 有效率高、无火花、 可靠性强等特点。
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在右图中，当磁 铁随运动部件移动到距 霍尔接近开关几毫米时， 霍尔IC的输出由高电平 变为低电平，经驱动电 路使继电器吸合或释放， 控制运动部件停止移动 （否则将撞坏霍尔IC） 起到限位的作用。
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霍尔式接近开关用于转
速测量演示
n= 60 f
4
(r/min)
T
软铁分流翼片
向器和电刷，而采用霍尔元件来
检测转子和定子之间的相对位置，
其输出信号经放大、整形后触发
电子线路，从而控制电枢电流的
换向，维持电动机的正常运转。
普通直流电动机使用 的电刷和换向器
由于无刷电动机不产生电火花及
电刷磨损等问题，所以它在录像
机、CD唱机、光驱等家用电器中
得到越来越广泛的应用。
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无刷电动机在电动自行车上的应用
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电动自行车的无刷电动机及控制电路
利用 PWM 调速
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去速度 控制器
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光驱用的无刷电动机内部结构
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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。
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霍尔式接近开关 用霍尔IC也能完成接近开关的功能，但是 它只能用于铁磁材料的检测，并且还需要建立 一个较强的闭合磁场。
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磁场不垂直于霍尔元件时的霍尔电动势
若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法 线成某一角度 时，实际上作用于霍尔元件上的有效
磁感应强度是其法线方向（与薄片垂直的方向）的分
量，即Bcos，这时的霍尔电势为
EH=KHIBcos
结论：霍尔电势与输入电流I、磁感应强度B成正
比，且当B的方向改变时，霍尔电势的方向也随之改
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霍尔传感器的应用
霍尔电势是关于I、B、 三
个变量的函数，即 EH=KHIBcos 。
利用这个关系可以使其中两个量
不变，将第三个量作为变量，或
者固定其中一个量，其余两个量
都作为变量。这使得霍尔传感器
有许多用途。
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霍尔特斯拉计（高斯计）
霍尔元件
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霍尔高斯计（特斯拉计）的使用
霍尔元 件
磁铁
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霍尔传感器用于测量磁场强度
测量铁心
气隙的B值
霍尔元件
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Leabharlann Baidu15
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n大、60整f形后可
以确定被测物线的性转霍速尔 。
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NS
磁铁
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霍尔转速表原理
当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿
过霍尔元件，可产生较大的霍尔电动势，
放大、整形后输出高电平；反之，当齿轮
的空挡对准霍尔元件时，输出为低电平。
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霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS） 中的应用
带有微
型磁铁
霍尔
的霍尔
传感器原理及应用
第7章 霍尔式传感器
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第7章 磁电式传感器
传感器原理及应用
概述
➢ 霍尔传感器属于磁敏元件，磁敏元件也是基于磁电 转换原理，磁敏传感器是把磁学物理量转换成电信号。
➢随着半导体技术的发展，磁敏元件得到应用和发展， 广泛用于自动控制、信息传递、电磁场、生物医学等 方面的电磁、压力、加速度、振动测量。
以下哪一个激励电流的数值较为妥当？
5μA 0.1mA 2mA 80mA
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第二节 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。
变。如果所施加的磁场为交变磁场，则霍尔电势为同
频率的交变电势。
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霍尔元件的主要外特性参数
最大磁感应强度BM
线性区
上图所示霍尔元件的线性范围是负的多少
高斯至正的多少高斯ppt课？件
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霍尔元件的主要外特性参数（续）
最大激励电流IM :
由于霍尔电势随激励电流增大而增大， 故在应用中总希望选用较大的激励电流。但 激励电流增大，霍尔元件的功耗增大，元件 的温度升高，从而引起霍尔电势的温漂增大， 因此每种型号的元件均规定了相应的最大激 励电流，它的数值从几毫安至十几毫安。
d
a
c
b
磁感应强度B为零p时pt课件的情况
4
磁感应强度B 较大时的情况
作用在半导体薄片上的磁场强度B越强，霍 尔电势也就越高。霍尔电势EH可用下式表示：
EH=KH IB
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霍尔效应演示
d
a b
c
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。
传感器
钢质
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。
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霍尔转速表的其他安装方法 霍尔元件
磁铁
只要黑色金属旋转体的表面存在缺口
或突起，就可产生磁场强度的脉动，从而
引起霍尔电势的变化，产生转速信号。
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霍尔式无刷电动机
霍尔式无刷电动机取消了换