1、生物機電模塊五模塊五 磁敏傳感器及應用磁敏傳感器及應用 任務一任務一 霍爾元件霍爾元件 任務二任務二 霍爾元件的特性參數霍爾元件的特性參數 任務三任務三 霍爾集成電路霍爾集成電路 任務四任務四 霍爾傳感器的應用霍爾傳感器的應用生物機電模塊五模塊五 磁敏傳感器及應用磁敏傳感器及應用霍爾元件是霍爾元件是一種四端元件一種四端元件 磁敏元件是對磁場敏感的各種物理效應電子元件。它包括磁敏電阻、磁敏二極管、磁敏三極管、霍爾元件等產品。 霍爾元件是由半導體材料制成的磁敏元件，因其利用霍爾效應的原理，故稱為霍爾效應磁敏元件，廣泛用于電磁、壓力、加速度、振動等方面的測量。生物機電任務一任務一 霍爾元件霍爾元件

2、1、霍爾效應置于磁場中的靜止載流導體，當它的電流方向與磁場方向不一致時，載流導體上平行于電流和磁場方向上的兩個面之間產生電動勢，這種現象稱霍爾效應。該電勢稱霍爾電勢。 生物機電霍爾效應演示霍爾效應演示 當磁場垂直于薄片時，電子受到洛侖當磁場垂直于薄片時，電子受到洛侖茲力的作用，茲力的作用，向內側偏移，在半導體薄片向內側偏移，在半導體薄片c、d方向的端面之間建立起霍爾電勢。方向的端面之間建立起霍爾電勢?；魻栃餀C電霍爾元件霍爾元件 在垂直于外磁場B的方向上放置一導電板，導電板通以電流I，方向如圖所示。導電板中的電流使金屬中自由電子在電場作用下做定向運動。結果使金屬導電板內側面積累電子，而外側

3、面積累正電荷，從而形成了附加內電場，稱霍爾電場 。 生物機電生物機電生物機電生物機電2、霍爾元件基本結構霍爾元件基本結構 霍爾元件的結構很簡單，它是由霍爾片、四根引線和殼體組成的，如圖所示?；魻柶且粔K矩形半導體單晶薄片，引出四根引線：1、1兩根引線加激勵電壓或電流，稱激勵電極（控制電極）；2、2引線為霍爾輸出引線，稱霍爾電極?；魻栐臍んw是用非導磁金屬、陶瓷或環(huán)氧樹脂封裝的。在電路中，霍爾元件一般可用兩種符號表示，如圖所示。生物機電霍爾元件的主要外特性參數霍爾元件的主要外特性參數 最大最大磁感應強度磁感應強度BM 上圖所示霍爾元件的線性范圍是負的多少上圖所示霍爾元件的線性范圍是負的多少高斯

4、至正的多少高斯高斯至正的多少高斯？線性區(qū)線性區(qū)生物機電任務二 霍爾元件的特性參數 1、輸入電阻R I 霍爾元件兩激勵電流端的直流電阻稱為輸入電阻。它的數值從幾十歐到幾百歐，視不同型號的元件而定； 2、輸出電阻Ro 兩個霍爾電勢輸出端之間的電阻稱為輸出電阻，它的數值與輸入電阻同一數量級；生物機電霍爾元件的特性參數 3、最大激勵電流I m 由于霍爾電勢隨激勵電流增大而增大，故在應用中總希望選用較大的激勵電流； 4、靈敏度KH KH = EH /（IB），它的單位為mV/（mAT）； 5、最大磁感應強度BM 磁感應強度超過BM時，霍爾電勢的非線性誤差將明顯增大；生物機電霍爾元件的特性參數 6、不等位

5、電勢 在額定激勵電流下，當外加磁場為零時，霍爾輸出端之間的開路電壓稱為不等位電勢 7、霍爾電勢溫度系數； 在一定磁場強度和激勵電流的作用下，溫度每變化1C時霍爾電勢變化的百分數稱為霍爾電勢溫度系數。 生物機電任務三 霍爾集成電路 霍爾集成電路（又稱霍爾IC）特點：體積小、靈敏度高、輸出幅度大、溫漂小、對電源穩(wěn)定性要求低等。 霍爾集成電路分類：線性型和開關型兩大類。 內部結構：前者是將霍爾元件和恒流源、線性差動放大器等做在一個芯片上，開關型霍爾集成電路是將霍爾元件、穩(wěn)壓電路、放大器、施密特觸發(fā)器、OC門（集電極開路輸出門）等電路做在同一個芯片上。 線性型三端線性型三端 霍爾集成電路霍爾集成電路生

6、物機電開關型霍爾集成電路開關型霍爾集成電路 開關型霍爾集成電路是將霍爾元件、穩(wěn)壓電路、放大器、施密特觸發(fā)器、OC門（集電極開路輸出門）等電路做在同一個芯片上。當外加磁場強度超過規(guī)定的工作點時，OC門由高阻態(tài)變?yōu)閷顟B(tài)，輸出變?yōu)榈碗娖?；當外加磁場強度低于釋放點時，OC門重新變?yōu)楦咦钁B(tài)，輸出高電平。較典型的開關型霍爾器件如UGN3020等。生物機電開關型霍爾集成電路的外形及內部電路開關型霍爾集成電路的外形及內部電路OCOC門門 施密特施密特 觸發(fā)電路觸發(fā)電路 雙端輸入、雙端輸入、 單端輸出運放單端輸出運放霍爾霍爾 元件元件生物機電開關型霍爾集成電路（開關型霍爾集成電路（OC門輸出）的接線門輸出）

7、的接線 請按以下電路，將下一頁中的有關元件連請按以下電路，將下一頁中的有關元件連接起來接起來.生物機電任務四 霍爾傳感器的應用 1）維持I、 不變，則EH=f（B），這方面的應用有： 測量磁場強度的高斯計、測量轉速的霍爾轉速表、磁性產品計數器、霍爾式角編碼器以及基于微小位移測量原理的霍爾式加速度計、微壓力計等。 2）維持I、B不變，則EH=f（），這方面的應用有角位移測量儀等。 3）維持 不變，則EH=f（IB），即傳感器的輸出EH與I、B的乘積成正比，這方面的應用有模擬乘法器、霍爾式功率計等。 生物機電霍爾高斯計（特斯拉計）的使用霍爾高斯計（特斯拉計）的使用 霍爾元霍爾元件件磁鐵磁鐵生物機電

8、霍爾傳感器用于測量磁場強度霍爾傳感器用于測量磁場強度 霍爾元件霍爾元件測量鐵心測量鐵心 氣隙的氣隙的B值值生物機電霍爾轉速表霍爾轉速表 在被測轉速的轉軸上安裝一個齒盤，也可選取在被測轉速的轉軸上安裝一個齒盤，也可選取機械系統中的一個齒輪，將線性型霍爾器件及磁路系機械系統中的一個齒輪，將線性型霍爾器件及磁路系統靠近齒盤。齒盤的轉動使磁路的磁阻隨氣隙的改變統靠近齒盤。齒盤的轉動使磁路的磁阻隨氣隙的改變而周期性地變化，霍爾器件輸出的微小脈沖信號經隔而周期性地變化，霍爾器件輸出的微小脈沖信號經隔直、放大、整形后可以確定被測物的轉速。直、放大、整形后可以確定被測物的轉速。S SN N線性霍爾線性霍爾磁鐵

9、磁鐵生物機電霍爾轉速表原理霍爾轉速表原理 當齒對準霍爾元件時，磁力線集中穿過當齒對準霍爾元件時，磁力線集中穿過霍爾元件，可產生較大的霍爾電動勢，放大、霍爾元件，可產生較大的霍爾電動勢，放大、整形后輸出高電平；反之，當齒輪的空擋對整形后輸出高電平；反之，當齒輪的空擋對準霍爾元件時，輸出為低電平。準霍爾元件時，輸出為低電平。生物機電 霍爾轉速計數原理霍爾轉速計數原理生物機電霍爾轉速傳感器在汽車防抱死裝置霍爾轉速傳感器在汽車防抱死裝置ABS中的應用中的應用 若汽車在剎車時車輪被抱死，將產生若汽車在剎車時車輪被抱死，將產生危險。用霍爾轉速傳感器來檢測車輪的轉危險。用霍爾轉速傳感器來檢測車輪的轉動狀態(tài)有助于控制剎車力的大小。動狀態(tài)有助于控制剎車力的大小。帶有微帶有微型磁鐵型磁鐵的霍爾的霍爾傳感器傳感器生物機電霍爾轉速表的其他安裝方法霍爾轉速表的其他安裝方法 只要黑色金屬旋轉體的表面存在缺口只要黑色金屬旋轉體的表面存在缺口或突起，就可產生磁場強度的脈動，從而或突起，就可產生磁場強度的脈動，從而引起霍爾電勢的變化，產生轉速信號。引起霍爾電