第08章：霍尔传感器 46页教学案例

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
霍尔电流传感器
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所实现的多媒体界面：
霍尔电流传感器演示
铁心
线性霍尔IC
EH=KH IB
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其他霍尔 电流传感器
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其他霍尔电流 传感器（续）
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霍尔钳形电流表（交直流两用）
豁口
压舌
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霍尔钳形电流表演示
放大、整形后可以确定被测物的转速。
n 60
f
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线性霍尔
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
被测电流的 70.9A 导线未放入 铁心时示值 为零
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直流200A量程
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霍霍尔尔钳钳形形 70.9A 电电流流表表演演示示
钳形表的环形铁 心可以张开， 导线由此穿过
霍尔钳形电流表的使用
被测电流的导线从此处穿入 钳形表的环形铁心
手指按下此处，将钳形表的 铁心张开
将被测电流导线逐根夹 到钳形表的环形铁心中
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开关型霍尔集成电路 的外形及内部电路
Vcc
霍尔 元件
施密特 触发电路
OC门
双端输入、
.单端输出运放
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11开Biblioteka 型霍尔集成电路 （OC门输出）的接线
请按以下电路，将下一页中的有关元件连接起来.
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开关型霍尔集成电路 与继电器的接线
?
开关型霍尔集成电路的史密特输出特性
带有微
型磁铁
霍尔
的霍尔
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。
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 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
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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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第八章 霍尔传感器
本章主要学习霍尔传感器 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 涉及磁场测量技术。
霍尔元件是 一种四端元件
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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。
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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
开关型霍尔IC
将被测电流的 导线穿过霍尔电流 传感器的检测孔。 当有电流通过导线 时，在导线周围将 产生磁场，磁力线 集中在铁心内，并 在铁心的缺口处穿 过霍尔元件，从而 产生与电流成正比 的霍尔电压。
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作业 p135：2、3、5、6
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将空调电源的“三芯护套线”
夹到钳形表的环形铁心中，钳 形表的示值为多少？为什么？
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霍尔钳形电流表的使用（续）
叉形钳形表 漏磁稍大， 但使用方便
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用钳形表测量 电动机的相电流
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霍尔式电流 谐波分析仪
被测电流的 谐波频谱
铁心的 杠杆压舌
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铁心的 开合缝隙
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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。
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。
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。
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无刷电动机在电动自行车上的应用
电动自行车
无刷电动机
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。
桑塔纳汽车霍尔式分电器示意图
a）带缺口的触发器叶片 b）触发器叶片与永久磁铁及霍尔集
成电路之间的安装关系
c）叶片位置与点火正时的关系
1-触发器叶片 2-槽口 3-分电器转轴 4-永久磁铁 5-霍尔集成电路（PNP型霍尔IC）
霍尔式无触点汽车电子点火装置(续）
当叶片遮挡在霍尔IC面前时，PNP型霍尔IC的输出为低电平， 晶体管功率开关处于导通状态，点火线圈低压侧有较大电流通
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
2020/10/14 高斯至正的多少高斯？
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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。
过，并以磁场能量的形式储存在点火线圈的铁心中。
当叶片槽口
转到霍尔IC面前
时，霍尔IC输出
跳变为高电平，
经反相变为低电
平，达林顿管截
止，切断点火线
圈的低压侧电流。
由于没有续流元
件，所以存储在
点火线圈铁心中
汽车电子点火电路及波形
的磁场能量在高 压侧感应出
a）电路 b）霍尔IC及点火线圈高压侧输出波形
30~50kV的高电压。14——点点火火开线关圈铁2心—达5—林点顿火晶线体圈管高功压率侧开关6—3—分点火火头线7圈—低火压花侧塞
汽车电子点火装置使用的 点火控制器、霍尔传感器及点火总成
磁铁
点火总成
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霍尔式无刷电动机
霍尔式无刷电动机取消了换 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 普通直流电动机使用 电子线路，从而控制电枢电流的 的电刷和换向器 换向，维持电动机的正常运转。 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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霍尔式无触点汽车电子点火装置
汽车点火线圈
高压输出 12V低压电源
接头
输入接头
采用霍尔式无 触点电子点火装置 能较好地克服汽车 合金触点点火时间 不准确、触点易烧 坏、高速时动力不
足等缺点。
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霍尔式无触点汽车电子点火装置工作原理
采用霍尔式无触点电子点火装置无磨损、点 火时间准确、高速时动力足。
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）？
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作业 p135：2、3、5、6
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第八章：第三节 霍尔传感器的应用
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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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