梁森——霍尔传感器详解.ppt

机械工业出版社中等职业教育电气类规划教材 《自动检测与转换技术》第八章多媒体课件2009－5－1 更新 第八章 霍尔传感器 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。 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 霍尔效应动画演示 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（与薄片垂直的方向）的分量，即Bcos?，这时的霍尔电势与法线的夹角的余弦成正比： EH=KHIBcos? 磁场不垂直于霍尔元件时的霍尔电动势演示 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。 霍尔元件的主要外特性参数 最大磁感应强度BM 霍尔元件的主要外特性参数（续） 最大激励电流IM : 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；磁场反向时，输出为负。 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。 开关型霍尔集成电路的外形及内部电路 开关型霍尔集成电路（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. 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 回差越大，抗振动干扰能力就越强。 第三节 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。 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） 霍尔元件 霍尔高斯计（特斯拉计）的使用 霍尔元件 霍尔传感器用于测量磁场强度 霍尔元件 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、放大、整形后可以确定被测物的转速。 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。 霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS）中的应用 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和保持车轮的转动，有助于控制刹车力的大小和防止侧偏。 霍尔转速表的其他安装方法 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。 霍尔式无触点汽车电子点火装置 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。 霍尔式无触点汽车电子点火装置工作原理 霍尔式无触点汽车电子点火装置(续） 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过，并以磁场能量的形式储存在点火线圈的铁心中。 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 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