第5章霍尔式传感器
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B与薄片法线成角，则 U HkH IB co s
第5章霍尔式传感器
霍尔效应演示
霍尔效应 d
a b
c
第5章霍尔式传感器
二、霍尔元件及应用
1.霍尔元件：基于霍尔效应原理工作的半导体器件。 a.霍尔元件为矩形半导体单晶片（420.1mm3)
长方向： 控制电流端引线
b.四根引线
红 控制电流极（或激励电极）
第5章霍尔式传感器
一、霍尔效应
金属或半导体薄片置于 磁场中，当有电流流过 时，在垂直于电流和磁 场的方向上将产生电动 势，这种物理现象称为 霍尔效应。
实验证明：霍尔电势 U H R H IB /d k H IB
RH—霍尔系数，与薄片的材料有关； kH—灵敏度系数，kH=RH/d，d越薄，kH越大。（薄1m）
开关标志面为敏感面。即S型对着磁钢的S极面，N 型对着磁钢的N极面。
3019
BOP=300~480GS BRP=150~420GS BH=120GS
UGN(S) 3019T
Vcc 1
123 2
3020
BOP=220GS BRP=165GS Vcc=4.5~24VDC 最大灌电流25mA
3
Vcc
稳压
输出
75 6
1 8
பைடு நூலகம்输出
3.封装外形
b.双端输出 4 地
以封装材料分为塑料封 装和陶瓷封装两种。
以外形分为扁平单列式 和双列直插式两种。
第5章霍尔式传感器
4.霍尔集成电路特性
(1)开关型的工作特性 BOP为导通点（或工作点）， BRP为释放点， BH=BOP - BRP为磁滞。 BOP越小，则灵敏度越高。 BH越大，抗干扰愈强。
稳压
a.单端输出 2 地
单端输出的传感器是一个
三端器件，它的输出电压
对外加磁场的微小变化能
做出线性响应，通常将输
3 出电压用电容交连到外接
Vout
放大器，将输出电压放大
到较高的电平。
第5章霍尔式传感器
双端输出的传感器是一个 8脚双列直插封装的器件， 它可提供差动射极跟随输 出，还可提供输出失调调 零。
弹性元件支承，另一种是磁钢与壳体连接，绕组用弹性元 件支承。
第5章霍尔式传感器
第二节 霍尔式传感器
霍尔式传感器是利用霍尔元件基于霍尔效应原理 将被测量，如电流、磁场、位移、压力等转换成电动 势输出的一种传感器。
目前，该类传感器主要是霍尔集成电路，所用的 核心单元基于霍尔效应，利用集成电路技术制成。 所以它既是一种集成电路，又是一种磁敏传感器。
ON
单向磁场工作型（也叫单稳开关
型）：当外加磁感应强度达到
器件的导通磁场时，开关接通，
磁场消失后，器件关断。
0
双向磁场工作型（也叫双稳态开 关型、锁键型）：当外加磁场 使其导通后，去掉磁场仍然保 持导通态，只有当施加反极性 磁场达到一定数值后才能关断。 其主要是由内部施密特触发器是 单稳型还是双稳型决定的。
金属的霍尔系数远远小于半导体材料，但就是比 较大的霍尔电势材料如砷化铟，其数值一般也只 能达到几十毫伏，为此用集成电路技术将霍尔元 件、放大电路或开关电路等集成在一个半导体基 片上，做成线性或开关型电路。 按输出功能可分开关型和线性霍尔电路。
第5章霍尔式传感器
1.霍尔开关集成电路
它是利用集成电路技术在同一硅基片上集成稳压电路、 霍尔元件、放大电路、整形电路和开关电路。
3.霍尔元件的零位误差(不等位电势和寄生直流电势)、 温度误差及补偿
第5章霍尔式传感器
4.应用
（一）霍尔式位移传感器 （二）霍尔式加速度传感器
S
N
M
N
a
S
第5章霍尔式传感器
（三）霍尔式压力传感器
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
第5章霍尔式传感器
三、霍尔集成电路的分类和结构
其基本功能是将磁输入信号转换成开关信号形式输出。
工作过程：当磁场作用
1
Vcc 霍尔元件
放大
在传感器上时，霍尔元 电源
件输出霍尔电压UH，经 放大器放大后，送至施
密特（触发器）整形电
路，实现开关两种状态。
整形
输出 2
VT
3地
一次磁场强度的变化，就使传感器完成一次开关动作。
第5章霍尔式传感器
实际的霍尔开关输出与输入磁场 Vout(V) 的关系有两种情况：
OFF
BRP BH BOP
B
Vout
B 0 BH
第5章霍尔式传感器
2.霍尔线性集成电路
其输出电压随外加磁场的变化而连续地、线性地变化。 霍耳线性集成传感器有单端输出和双端输出两种，其电 路结构如下图。为了提高传感器的性能，往往在电路中 设置稳压、电流放大输出级、失调调整和线性度调整等 电路。
1
Vcc
第五章 磁电式传感器
本章要点: 1.磁电感应式传感器的原理和应用 2.霍尔传感器(特别是集成霍尔器件) 的原理、设计方法和正确使用
第5章霍尔式传感器
第一节 磁电感应式传感器
简称感应式传感器，也称电动式传感器。 建立在电磁感应基础上，利用导体和磁场发生相对运动而在
导体两端输出感应电动势 e=BNlv 。 应用于测振动速度、转速、扭矩等。 以磁电式速度传感器为例，一种是绕组与壳体连接，磁钢用
上限频率通常为100kHz。
(2)线性霍尔电路的磁电特性为 一斜线，磁场绝对值过大时， 曲线趋于平坦，表明此时，霍 尔电路已脱离线性区。
第5章霍尔式传感器
Vout(V) ON
OFF
0
BRP BH BOP
B
Vout
B 0 BH Vout
B(T)
四、霍尔开关电路的应用
（一）器件介绍 1.器件型号 美国SPR公司生产的：
另两侧中点：霍尔输出引线
绿
霍尔电极
c.壳体：非导磁金属、陶瓷和环氧树脂封装。
电路符号：
H
常用材料有锗（Ge）、硅（Si）、锑化铟（InSb）、 砷化铟（InAs）等半导体材料。
第5章霍尔式传感器
2.电磁特性 a.UH-I特性：磁场B恒定，控制电流I与霍尔输出电势 UH之间呈线性关系。 b.UH-B特性：控制电流I恒定，霍尔元件的开路霍尔 电势随磁感应强度增加并不完全呈线性关系。 c.R-B特性：磁阻效应：霍尔元件的内阻随磁场的绝对 值增加而增加的现象（增大）。
UGN(S)3017T,3020T,3030T,3075T 上海半导体器件16厂生产的：
SLN(S)3019,3020,3030,3075 日本松下公司生产的：DN835,839,6837,6839 南京半导体总厂相应的：CS835,839,6837,6839
第5章霍尔式传感器
2.接线形式（以3019为例）比三极管还小，还薄。
第5章霍尔式传感器
霍尔效应演示
霍尔效应 d
a b
c
第5章霍尔式传感器
二、霍尔元件及应用
1.霍尔元件：基于霍尔效应原理工作的半导体器件。 a.霍尔元件为矩形半导体单晶片（420.1mm3)
长方向： 控制电流端引线
b.四根引线
红 控制电流极（或激励电极）
第5章霍尔式传感器
一、霍尔效应
金属或半导体薄片置于 磁场中，当有电流流过 时，在垂直于电流和磁 场的方向上将产生电动 势，这种物理现象称为 霍尔效应。
实验证明：霍尔电势 U H R H IB /d k H IB
RH—霍尔系数，与薄片的材料有关； kH—灵敏度系数，kH=RH/d，d越薄，kH越大。（薄1m）
开关标志面为敏感面。即S型对着磁钢的S极面，N 型对着磁钢的N极面。
3019
BOP=300~480GS BRP=150~420GS BH=120GS
UGN(S) 3019T
Vcc 1
123 2
3020
BOP=220GS BRP=165GS Vcc=4.5~24VDC 最大灌电流25mA
3
Vcc
稳压
输出
75 6
1 8
பைடு நூலகம்输出
3.封装外形
b.双端输出 4 地
以封装材料分为塑料封 装和陶瓷封装两种。
以外形分为扁平单列式 和双列直插式两种。
第5章霍尔式传感器
4.霍尔集成电路特性
(1)开关型的工作特性 BOP为导通点（或工作点）， BRP为释放点， BH=BOP - BRP为磁滞。 BOP越小，则灵敏度越高。 BH越大，抗干扰愈强。
稳压
a.单端输出 2 地
单端输出的传感器是一个
三端器件，它的输出电压
对外加磁场的微小变化能
做出线性响应，通常将输
3 出电压用电容交连到外接
Vout
放大器，将输出电压放大
到较高的电平。
第5章霍尔式传感器
双端输出的传感器是一个 8脚双列直插封装的器件， 它可提供差动射极跟随输 出，还可提供输出失调调 零。
弹性元件支承，另一种是磁钢与壳体连接，绕组用弹性元 件支承。
第5章霍尔式传感器
第二节 霍尔式传感器
霍尔式传感器是利用霍尔元件基于霍尔效应原理 将被测量，如电流、磁场、位移、压力等转换成电动 势输出的一种传感器。
目前，该类传感器主要是霍尔集成电路，所用的 核心单元基于霍尔效应，利用集成电路技术制成。 所以它既是一种集成电路，又是一种磁敏传感器。
ON
单向磁场工作型（也叫单稳开关
型）：当外加磁感应强度达到
器件的导通磁场时，开关接通，
磁场消失后，器件关断。
0
双向磁场工作型（也叫双稳态开 关型、锁键型）：当外加磁场 使其导通后，去掉磁场仍然保 持导通态，只有当施加反极性 磁场达到一定数值后才能关断。 其主要是由内部施密特触发器是 单稳型还是双稳型决定的。
金属的霍尔系数远远小于半导体材料，但就是比 较大的霍尔电势材料如砷化铟，其数值一般也只 能达到几十毫伏，为此用集成电路技术将霍尔元 件、放大电路或开关电路等集成在一个半导体基 片上，做成线性或开关型电路。 按输出功能可分开关型和线性霍尔电路。
第5章霍尔式传感器
1.霍尔开关集成电路
它是利用集成电路技术在同一硅基片上集成稳压电路、 霍尔元件、放大电路、整形电路和开关电路。
3.霍尔元件的零位误差(不等位电势和寄生直流电势)、 温度误差及补偿
第5章霍尔式传感器
4.应用
（一）霍尔式位移传感器 （二）霍尔式加速度传感器
S
N
M
N
a
S
第5章霍尔式传感器
（三）霍尔式压力传感器
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
第5章霍尔式传感器
三、霍尔集成电路的分类和结构
其基本功能是将磁输入信号转换成开关信号形式输出。
工作过程：当磁场作用
1
Vcc 霍尔元件
放大
在传感器上时，霍尔元 电源
件输出霍尔电压UH，经 放大器放大后，送至施
密特（触发器）整形电
路，实现开关两种状态。
整形
输出 2
VT
3地
一次磁场强度的变化，就使传感器完成一次开关动作。
第5章霍尔式传感器
实际的霍尔开关输出与输入磁场 Vout(V) 的关系有两种情况：
OFF
BRP BH BOP
B
Vout
B 0 BH
第5章霍尔式传感器
2.霍尔线性集成电路
其输出电压随外加磁场的变化而连续地、线性地变化。 霍耳线性集成传感器有单端输出和双端输出两种，其电 路结构如下图。为了提高传感器的性能，往往在电路中 设置稳压、电流放大输出级、失调调整和线性度调整等 电路。
1
Vcc
第五章 磁电式传感器
本章要点: 1.磁电感应式传感器的原理和应用 2.霍尔传感器(特别是集成霍尔器件) 的原理、设计方法和正确使用
第5章霍尔式传感器
第一节 磁电感应式传感器
简称感应式传感器，也称电动式传感器。 建立在电磁感应基础上，利用导体和磁场发生相对运动而在
导体两端输出感应电动势 e=BNlv 。 应用于测振动速度、转速、扭矩等。 以磁电式速度传感器为例，一种是绕组与壳体连接，磁钢用
上限频率通常为100kHz。
(2)线性霍尔电路的磁电特性为 一斜线，磁场绝对值过大时， 曲线趋于平坦，表明此时，霍 尔电路已脱离线性区。
第5章霍尔式传感器
Vout(V) ON
OFF
0
BRP BH BOP
B
Vout
B 0 BH Vout
B(T)
四、霍尔开关电路的应用
（一）器件介绍 1.器件型号 美国SPR公司生产的：
另两侧中点：霍尔输出引线
绿
霍尔电极
c.壳体：非导磁金属、陶瓷和环氧树脂封装。
电路符号：
H
常用材料有锗（Ge）、硅（Si）、锑化铟（InSb）、 砷化铟（InAs）等半导体材料。
第5章霍尔式传感器
2.电磁特性 a.UH-I特性：磁场B恒定，控制电流I与霍尔输出电势 UH之间呈线性关系。 b.UH-B特性：控制电流I恒定，霍尔元件的开路霍尔 电势随磁感应强度增加并不完全呈线性关系。 c.R-B特性：磁阻效应：霍尔元件的内阻随磁场的绝对 值增加而增加的现象（增大）。
UGN(S)3017T,3020T,3030T,3075T 上海半导体器件16厂生产的：
SLN(S)3019,3020,3030,3075 日本松下公司生产的：DN835,839,6837,6839 南京半导体总厂相应的：CS835,839,6837,6839
第5章霍尔式传感器
2.接线形式（以3019为例）比三极管还小，还薄。