自动检测-第八章

电阻。数值从几十欧到几百欧。当使用电流源激 励时，原件温度会升高，输入电阻会变小，从而 使输入电流变大，并引起霍尔电动势变大，产生 测量误差。为减小温漂，最好使用恒流源作为激 励源。 B、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。
线性型三端 霍尔集成电路
线性型霍尔特性
右图示出了具有 双端差动输出特性 的线性霍尔器件的 输出特性曲线。当 磁场为零时，它的 输出电压等于零； 当感受的磁场为正 向（磁钢的S极对准 霍尔器件的正面） 时， 输出为正；磁
线性范围?
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。
1、工作原理 霍尔效应: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，导电薄膜越薄，灵敏度 就越高。
影响霍尔电动势的因数
流入激励电流端（a、b）的电流Iab越大， 电子和空穴积累得就越多，霍尔电动势也就越 高。
作用在薄片上的磁感应强度B越强，电子 受到的洛仑兹力也越大，霍尔电动势也就越高。
2、霍尔元件的特性参数（续）
C、灵敏度KH 是在磁场垂直于霍尔元件的测试条件下，
KH=EH/(IB)，它的单位是mV/(mA*T)。 D、最大磁感应强度Bm 当磁感应强度超过Bm时，霍尔电
动势的非线性误差将明显增大， Bm 的数般一值零
点几个特斯拉（T），1Gs=10-4T。
E、不等位电动势 是指在额定激励电流下，当外加磁场 为零时，霍尔元件输出端之间的开路电压（E0）。
薄片的厚度、半导体材料中的电子浓度等 因素对霍尔电动势也有很大的影响。设半导体
薄电片子的的厚电度荷为量δ为，e，霍则尔霍元尔件电中动的EH势电E子nHI浓e可B度用为下n式，
霍尔电动势与灵敏度
EH
IB
ne
式中的n、e、δ在薄片的尺寸、材料确定后均
为 常 数 ， 可 令 KH=1/(neδ) ， 则 上 式 可 简 化 为 ：
EH=KH IB 式中： KH——霍尔元件的灵敏度。 由于金属材料中的电子浓度n很大，所以灵敏
度KH非常小。而半导体材料中的电子浓度较小，所 以灵敏度比较高。因此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。
霍尔元件的工作原理分析
d a
c
d a
c
b 磁感应强度B为零时的情况
b 磁感应强度B 较大时的情况
霍尔元件
霍尔特斯拉计、高斯计
高斯计是测量物体于空间上一个点的静态
或动态(交变)磁感应强度的仪器。物体发出的磁 力线垂直穿过霍尔传感器，从而产生与被测体成
正比的输出电压，由液晶板显示出磁感应强度。
单位为高斯(Gs)或特斯拉(T)。
霍尔元件
片垂直的方向）的分量，即Bcos，这时的霍
尔电动势为：EH=KHIB cdos
b c 结论：霍尔电势与输入电流I、磁感应强度B成正比。当B的方向改变时，霍尔电 势的方向也随之改变。如果所施加的磁场为交变磁场，霍尔电势为同频率的交变 电势。
2、霍尔元件的特性参数
A、输入电阻Ri 是指霍尔元件两激励电流端的直流
霍尔集成电路的调零
当UGN3501M感受的磁场为零时，调节5、 6、7之间的调零电位器，可使第1引脚相对于 第8引脚的输出电压等于零。
二、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。
F、霍尔电动势温度系数 是指在一定磁场强度和激励电 流作用下，温度每变化1度时，霍尔电动势变化的百 分数。 以下哪一个激励电流的数值较为妥当？
8μA 0.8mA 8ຫໍສະໝຸດ BaiduA 80mA
霍尔元件的等效电路
在a、b、c、d四个端点之间,等效于一个四臂电桥
霍尔元件的不等位电动势及调零
在额定激励电流下，当外加磁场为零时， 霍尔输出端之间的开路电压称为不等位电动 势E0，它是由于4个电极的几何尺寸不对称引
《自动检测技术》
第八章 霍尔传感器
本章介绍霍尔传感器 的工作原理、 霍尔集成电路的特性及其在检测技术中 的应用，还涉及交直流霍尔电流传感器、 霍尔电压传感器的原理及输出信号的换 算。
第八章 霍尔传感器 目录
8.1 霍尔元件的工作原理及特性 8.2 霍尔集成电路 8.3 霍尔传感器的应用
一、霍尔元件的工作原理及特性
开关型霍尔集成电路的外形及内部电路
Vc 霍尔 元件
施密特触 发电路
OC门
双端输入、 单端输出运放
.
开关型霍尔集成电路（OC门输出）的接线
?
开始接线
接线完毕
开关型霍尔集成电路的史密特输出特性
回差越大， 抗振动干扰能力 就越强。
当磁铁从远到近地接近霍尔IC，到多少特斯拉时 输出翻转？当磁铁从近到远地远离霍尔IC，到多少特 斯拉时输出再次翻转？回差为多少特斯拉？相当于多 少高斯（Gs）？
三、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。这使得霍尔传感器可以有许多用途。
霍尔传感器主要用于测量能够转换为磁场变化的其 他物理量。
霍尔特斯拉计（高斯计）
霍尔效应演示
aa
dd
bb
cc
当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑 兹力的作用，向内侧（d 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。
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