第八章霍尔传感器

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授课班级09D电气1、电气2 授课日期

课节 2 课堂类型讲授

课题第八章霍尔传感器第一节霍尔元件的结构及工作原理第二节霍尔元件的特性参数第三节霍尔集成电路

第四节霍尔传感器的应用

教学目的与要求【知识目标】

1、了解霍尔传感器的工作原理

2、理解霍尔集成电路的特性掌握开关型的接线。

3、掌握霍尔传感器的应用。

【能力目标】培养学生理论分析及理论联系实际的能力。【职业目标】培养学生爱岗敬业的情感目标。

重点难点重点：开关型霍尔集成电路难点：开关型霍尔集成电路

教具教学辅助活动教具：霍尔传感器实物、多媒体课件、习题册教学辅助活动：提问、学生讨论

一节教学过程安排复习

因期中考试，无复习内容

分钟讲课

1、霍尔传感器的工作原理

2、霍尔传感器的特性参数

3、霍尔集成电路的特性。

4、霍尔传感器的应用。

78分钟小结

小结见内页，之后利用10分钟时间与学生互

动答疑

10分钟作业习题册第八章霍尔传感器习题2分钟

任课教师：叶睿2011年1月28日审查教师签字：年月日

教案附页【复习提问】因期中考试无复习提问

第八章霍尔传感器

第一节霍尔元件的工作原理及特性

【本节内容设计】

通过课件与教师演示讲授霍尔效应及霍尔传感器的工作原理，为霍尔传感器的学习奠定基础

【授课内容】

一、霍尔效应

金属或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E H，这种现象称为霍尔效应，该电动势称为霍尔电动势，上述半导体薄片称为霍尔元件。用霍尔元件做成的传感器称为霍尔传感器。

演示1：

将小型蜂鸣器的负极接到霍尔接近开关的OC门输出端，正极接V cc端。在没有磁铁靠近时，OC门截止，蜂鸣器不响。

当磁铁靠近到一定距离（例如3mm）时，OC门导通，蜂鸣器响。将磁铁逐渐远离霍尔接近开关到一定距离（例如5mm）时，OC门再次截止，蜂鸣器停响。

演示2：

将一根导线穿过10A霍尔电流传感器的铁芯，通入0.1~1A电流，观察霍尔IC的输出电压的变化，基本与输入电流成正比。

二、霍尔传感器的外形、结构、符号

三、霍尔传感器的工作原理

其中一对（即a、b端）称为激励电流端，另外一对（即c、d端）称为霍尔电动势输出端，c、d端一般应处于侧面的中点。

由实验可知，流入激励电流端的电流I越大、作用在薄片上的磁场强度B越强，霍尔电动势也就越高。霍尔电动势E H可用下式表示

E H=K H IB（8-1）式中K H——霍尔元件的灵敏度。

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θ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B cosθ，这时的霍尔电动势为

E H=K H IB cosθ（8-2）

图8-1霍尔元件示意图

a）霍尔效应原理图b）薄膜型霍尔元件结构示意图c）图形符号d）外形

霍尔元件属于四端元件：

从式（8-2）可知，霍尔电动势与输入电流I、磁感应强度B成正比，且当B的方向改变时，霍尔电动势的方向也随之改变。如果所施加的磁场为交变磁场，则霍尔电动势为同频率的交变电动势。

目前常用的霍尔元件材料是N型硅，霍尔元件的壳体可用塑料、环氧树脂等制造。

第二节霍尔集成元件的特性参数

【本节内容设计】

通过课件与教师讲授霍尔集成元件的特性参数为霍尔传感器的学习奠定基础

【授课内容】

一、任何材料在一定条件下都能产生霍尔电势，但不是都可以制造霍

尔元件，半导体材料电阻非常适于做霍尔元件。二、所以霍尔元件做的较薄，通常近似1微米(d≈1μm) 。

三、灵敏度KH=EH /（IB）

输入电阻R i

恒流源作为激励源的原因：霍尔元件两激励电流端的直流电阻称为输入电阻。它的数值从几十欧到几百欧，视不同型号的元件而定。温度升高，输入电阻变小，从而使输入电流I ab变大，最终引起霍尔电动势变大。使用恒流源可以稳定霍尔原件的激励电流。

五、最大激励电流I m

激励电流增大，霍尔元件的功耗增大，元件的温度升高，从而引起霍尔电动势的温漂增大，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。

提问：霍尔原件的最大激励电流I m为宜。

A．0mA B．±0.1 mA C．±10mA D．100mA

六、最大磁感应强度B m

磁感应强度超过B m时，霍尔电动势的非线性误差将明显增大，B m 的数值一般小于零点几特斯拉。

提问：为保证测量精度，图8-3中的线性霍尔IC的磁感应强度不宜超过为宜。

A．0T B．±0.10T C．±0.15T D．±100Gs

第三节霍尔集成电路

【本节内容设计】

通过课件与教师讲授霍尔集成电路的特性重点学习开关型霍尔集成电路的特性及与继电器的接线，为霍尔传感器的学习奠定基础

【授课内容】

霍尔集成电路（又称霍尔IC）的优点：体积小、灵敏度高、输出幅度大、温漂小、对电源稳定性要求低等。

霍尔集成电路的分类：线性型和开关型两大类。

线性型的内部电路：

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。

开关型霍尔集成电路的内部电路：

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。

图8-2线性型霍尔集成电路

a）外形尺寸b）内部电路框图