线性稳压器件：工作原理及比较
介绍
随着电池供电设备在过去十年间的快速增长像原来的业介标准的LM340或LM317这样的稳压器件已经不能满足需要。由于这些稳压器使用NPN 达林顿管（图1），因此在本文中称其为NPN 稳压器。预期的更高性能已经由新型的低压差（Low-dropout）稳压器（LDO）和准LDO稳压器（quasi-LDO）实现了。
NPN 稳压器
在NPN稳压器的内部使用一个PNP管来驱动NPN达林顿，因此器件的输入输出之间会有1.5V到2.5V的压差。这个压差（dropout voltage）为：
Vdrop ＝ 2VBE ＋VSAT（NPN 稳压器）
LDO 稳压器
在LDO稳压器中，导通管是一个PNP管（图2）。LDO的最大优势就是PNP管只会带来很小的导通压降：
Vdrop ＝ Vsat （LDO 稳压器）
满载的跌落压降一般小于500mV。轻载时的压降只有10到20mV。
准LDO 稳压器
这种稳压器在一些应用中被广泛的采用（例如：5V变3.3V）（图3）。准LDO因为它介于NPN稳压器和LDO之间因此得名。它的导通管是由单个PNP管来驱动单个NPN管。因此，它的跌落压降介于NPN稳压器和LDO之间：
Vdrop ＝ Vbe ＋Vsat
稳压器工作原理
所有这些类型的稳压器将输出电源固定都利用了相同的技术（图4）。
输出电压通过反馈到误差放大器输入端的分压电阻采样。误差放大器的正端连接到一个参考电压。这个参考电压是由内部的带隙参考源产生的。误差放大器总是试图迫使其两端输入相等。为此，它提供负载电流以保证输出电压稳定：
V out = Vref(1+R1/R2)
性能比较
NPN，LDO和准LDO在参数上的最大不同就是：跌落电压（dropout voltage）和地脚电流（ground pin current）。为了便于分析，我们定义地脚电流为Ignd ，如图4表示。并忽略了IC漏到地上的偏执电流。可以很清楚的知道，Ignd等于负载电流IL除以导通管的增益。
在NPN稳压器中由于达林顿管的增益很高，所以它只需很小的电流来驱动负载电流。因此它的地脚电流也很低（一般只有几个mA）。准LDO也有较好的性能，就像国半的LM1085可以输出3A的电路却只有10mA的地电流。LDO的地脚电流一般会较高。在满载时，PNP管的β值一般也就15-20。也就是说LDO的地脚电流一般为负载电流的7%。
NPN稳压器的最大好处就是无条件的稳定（不需外部电容）。LDO在输出端最少需要一个外部电容以减少回路带宽（loop bandwidth）及提供一些正相位转移（positive phase shift）。准LDO一般也需要一些输出容性，但是要小于LDO并且电容的特性局限也要少些。
反馈及回路稳定性
所有的电压稳压器都使用反馈回路以保持输出电压的稳定。反馈信号在通过回路后都会在增益和相位上有所改变。并且在单位增益（0dB）频率下的相位偏移总量可以确定回路的稳定性。
波特图
为了了解稳定性需要使用波特图（Bode Plots），它将回路的增益（dB）表示为频率的函数（图5）。回路增益及其相关内容在下节介绍。
回路增益可以用网络分析仪（network analyzer）测量。它向反馈回路发射低电平的正弦波。这些正弦波的频率由直流不断升高。直到增益下降到0dB。
波特图是很方便的工具因为它包含判断闭环系统稳定性的所有必要信息。然而，为了从波特图中获得必要的信息还需要了解几个关键点：环路增益（loop gain），相位裕度（phase margin）和零点（Zeros）、极点（poles）。
回路增益（LOOP GAIN）
每个闭环系统都有个特性叫做回路增益。在稳压器的分析中，回路增益定义为反馈信号通过整个回路后的电压增益。为了更好的解释这个概念，LDO的框图（如图2）修改如下：
变压器用来将AC信号发射到‘A’、‘B’点间的反馈回路。应用这个变压器，小信号正弦波可以用来量化（‘modulate’）反馈信号。AC信号在A、B点间被测量并用来计算回路增益。
回路增益定义为两点电压的比：
Loop Gain ＝ Va/Vb
特别需要注意的是，从Vb点开始的信号通过回路时会出现相位偏移（最终到达Va点）。相位偏移的多少决定了回路的稳定性。
反馈（FEEDBACK）
所有的稳压器都用到了反馈以使输出电压稳定。输出电压是通过电阻分压器进行采样的（如图6），并且该分压信号反馈到误差放大器的一个输出端。因为误差放大器的另一个输出端连接到一参考电压源上，误差放大器将会调整输出到导通管的输出电流以保持DC电压的稳定输出。
必须要注意，为了达到稳定的回路就必须使用负反馈（negative feedback）。负反馈（有时称为degenerative feedback）就与源信号的极性相反（如图7）。
由于与源的极性相反，负反馈总会阻止任何的输出变化。也就是说，如果输出电压想要变高（或变低），回路总会阻止其到正常值。
正反馈（Positive Feedback）当反馈信号与源信号有相同的极性时就会发生正反馈。此时，回路响应会与发生变化的方向一致。这样明显不能达到稳定，因为不能消除输出电压的改变，反而将变化趋势扩大了。
很明显不会有人在线性稳压器件中使用正反馈，但是如果出现180°的相移，负反馈就成为正反馈了。
相位偏移（PHASE SHIFT）
相位偏移就是反馈信号经过整个回路后出现的相位转变的总和（相对起始点）。相移（用度表示）通常使用网络分析仪（network analyzer）测量。理想的负反馈信号与源信号相位差180°（如图8），因此它的起始点在－180°。在图7中可以看到这180°的偏置。也就是波型差半周。
可以看到，从－180°开始，增加180°的相移，就会使信号相位回到零度。这也就使
反馈信号与源信号相位相同了，并使回路不稳定。
相位裕度（PHASE MARGIN）
相位裕度定义为在回路增益等于0dB时，反馈信号总的相位偏移与－180°的差。一个稳定的回路一般需要20°的相位裕度。
相位偏移和相位裕度可以通过波特图中的零、极点计算获得。
极点（POLES）
极点（如图9）就是增益曲线中斜度为－20dB/十倍频程的点。每添加一个极点，斜度增加20dB/十倍频程。增加n个极点，n×（－20dB/十倍频程）。
每个极点表示的相位偏移都是频率相关的，相移从0到－90°（增加极点就增加相移）。最重要的一点是几乎所有由极点（或零点）引起的相移都是在十倍频程范围内。
注意：一个极点只能增加－90°的相移，所以最少需要两个极点来到达－180°（不稳定点）。
零点（ZEROS）
零点（如图10）在增益曲线中斜度为＋20dB/十倍频程的点。
零点产生的相移为0到＋90°，在曲线上有＋45°角的转变。最重要知道的是零点就是“反极点”，它在增益和相位上的效果与极点恰恰相反。
这也就是为什么要在LDO稳压器的回路中添加零点的原因：它可以抵消极点的效果。
波特图分析
一个包含三个极点和一个零点的波特图（如图11）将用来分析增益和相位裕度。
假设直流增益为80dB，第一个极点发生在100Hz处。在此频率时，增益曲线的斜度变为－20dB/十倍频程。
1kHz处的零点使斜度变为0dB/十倍频程，到10kHz处增益曲线又变成－20dB/十倍频程。在100kHz处的第三个也是最后一个极点将增益斜度最终变为－40dB/十倍频程。
也可以从图中看到单位增益点（0dB）交点频率是1MHz。0dB频率通常称为回路带宽（loop bandwidth）。
相位偏移图表示了零、极点的不同分布对反馈信号的影响。为了产生这个图，就要根据分布的零极点计算相移的总和。在任意频率（f）上的极点相移，可以通过下式计算获得：极点相移＝－arctan(f/fp)
在任意频率（f）上的零点相移，可以通过下式计算获得：
零点相移＝－arctan(f/fz)
此回路稳定么？为了回答这个问题，我们只需要知道0dB时的相移（是1MHz）。根本无需复杂的计算。
前两个极点和第一个零点分布使相位从－180°变到＋90°，最终导致网络相位转变到－90°。最后一个极点在十倍频程中出现了0dB点。使用零点相移公式，该极点产生了－84°的相移（在1MHz时）。加上原来的－90°相移，全部的相移是－174°（也就是说相位裕度是6°）。该回路可能引起振荡。
NPN 稳压器补偿
NPN 稳压器的导通管（见图1）的连接方式是共集电极的方式。所有共集电极电路的一个重要特性就是低输出阻抗。也就意味着电源范围内的极点出现在回路增益曲线的高频部分。
由于NPN稳压器没有固有的低频极点，所以它使用了一种称为主极点补偿（dominant pole compensation）的技术。此时，在IC的内部集成了一个电容，该电容在环路增益的低频端添加了一个极点（如图12）。
NPN稳压器的主极点（P1）一般设置在100Hz处。100Hz处的极点将增益减小为－20dB/十倍频程直到3MHz处的第二个极点（P2）。在P2处，增益曲线的斜率又增加了－20dB/十倍频程。
P2点的频率主要取决于NPN功率管及相关驱动电路，因此有时称此点为功率极点（power pole）。因为P2点在回路增益为－10dB处出现，也就表示了0dB频率处（1MHz）的相位偏移会很小。
为了确定稳定性，只需要计算0dB频率处的相位裕度：
第一个极点（P1）会产生－90°的相位偏移，但是第二个极点（P2）只增加了－18°的相位偏移（1MHz处）。也就是说0dB点处的相位偏移为－108°，相位裕度为72°（非常稳定）。
应该提起注意的是，回路很显然是稳定的。因为需要两个极点才有可能使回路要达到－180°的相位偏移（不稳定点），而P2又分布在高频位置，它在0dB处的相位偏移就很小了。
LDO 稳压器的补偿
LDO稳压器中的PNP导通管的接法为共射方式（common emitter）。它相对共集电极方式有更高的输出阻抗。由于负载阻抗和输出容抗的影响在低频程处会出现低频极点（low－frequency pole）。此极点（称为负载极点（load pole）用Pl表示）的频率由下式获得：
F(Pl) ＝1/(2π×Rload×Cout)
从此式可知，不能通过简单的添加主极点的方式实现补偿。为了解释为什么会这样，先假设一个5V/50mA的LDO稳压器有下面的条件：
在最大负载电流时，负载极点（Pl）出现的频率为：
Pl＝1/(2π×Rload×Cout)＝1/(2π×100×10-5)＝160Hz
假设内部的补偿在1kHz处添加了一个极点。由于PNP功率管和驱动电路的存在，在500kHz 处会出现一个功率极点（Ppwr）。
假设直流增益为80dB。Rl ＝100Ω（在最大负载电流时的值），Cout＝10uF。
使用上面的条件可以画出相应的波特图（如图13）。
马上就可以看出回路是不稳定的：极点PL和P1每个都会产生－90°的相移。在0dB 处（此例为40kHz），相移达到了－180°为了减少负相移（阻止振荡），在回路中必须要添加一个零点。一个零点可以产生＋90°的相移，它会抵消两个低频极点的部分影响。
基本上所有的LDO稳压器都需要在回路中添加这个零点。该零点一般是通过输出电容的一个特性：等效串联电阻（ESR）获得的。
使用ESR补偿LDO
等效串联电阻（ESR）是每个电容共有的特性。可以将电容表示为电阻与电容的串联（如图14）。
输出电容的ESR在回路增益中产生一个零点，可以用来减少负相移。零点出现的频率值与ESR和输出电容值直接相关：
Fzero＝ 1/(2π×Cout×ESR)
使用上一节的例子（图13显示的波特图），我们假设输出电容值Cout＝10uF而且输出电容的ESR＝1Ω。则零点发生在16kHz。
图15显示了添加此零点如何使不稳定系统变为稳定系统：
回路的带宽增加了所以0dB的交点频率从30kHz移到了100kHz。到100kHz处该零点总共增加了＋81°相移。也就是减少了PL和P1造成的负相移。
因为极点Ppwr处在500kHz，在100kHz处它仅增加了－11°的相移。累积所有的零、极点，0dB处的总相移现在为－110°。也就是有＋70°的相位裕度，系统非常稳定。
这也就解释了具有正确ESR值的输出电容是可以产生零点来稳定LDO系统的。
ESR 和稳定性
通常所有的LDO都会要求其输出电容的ESR在一定范围之内以保证稳压器的稳定性。LDO制造商会提高一系列由输出电容ESR和负载电流组成的定义稳定范围的曲线，如图16所示：
要解释为什么有这些范围存在，我们会使用前面提到的例子来说明ESR的高低对相位
裕度的影响。
高ESR
同样使用上一节提到的例子，我们将假设10uF输出电容的ESR增加为20Ω。这将使零点的频率降低到800Hz（如图17）。降低零点的频率就会使回路的带宽增加，使它的0dB 的交点频率从100kHz变到2MHz。
带宽的增加意味着极点Ppwr会出现在带宽内（对比图15）。分析图17曲线的相位裕度，可以发现如果同时拿掉该零点和P1或PL中的一个极点，对曲线的形状影响很小。也就是说该回路由发生－90°相移的低频极点和发生－76°相移的高频极点Ppwr共同影响。
尽管还有14°的相位裕度（可能稳定）。但很多测试数据显示，当ESR＞10Ω时由于其它的高频极点的分布（在此简单模型中未表示）很可能会引入不稳定性。
低ESR
具有很低的ESR的输出电容由于一些不同的原因也会产生振荡。继续用上一节的例子，我们把10uF输出电容的ESR降低到50mΩ，则零点的频率会变到320kHz（如图18）。
不用计算也能知道系统是不稳定的。两个极点P1和PL在0dB处共产生了－180°的相移。因为本系统如果想稳定，则零点应该在0dB点之前提供正相移。然而，因为零点在320kHz 处，已经在系统带宽之外了，所以没有起到补偿作用。
输出电容选择
因为输出电容是用来补偿LDO稳压器的，所以选择时必须仔细。基本上所有的LDO 应用中引起的振荡都是因为输出电容的ESR过高或过低。
当选择LDO的输出电容时，钽电容通常是最好的选择（除了一些专门设计使用陶瓷电容的LDO，例如：LP2985）。测试一个A VX的4.7uF的钽电容可知它在25℃时ESR为1.3Ω，该值处在稳定范围的中心（如图16）。
另一点非常重要，A VX电容的ESR在－40℃到＋125℃温度范围内的变化小于2:1。铝电解电容在低温时的ESR会变大很多，所以不适合作LDO的输出电容。
必须注意大的陶瓷电容（≥1uF）通常会用很低的ESR（＜20mΩ），这几乎会使所有的LDO稳压器产生振荡（除了LP2985）。如果使用陶瓷电容就要串联电阻以增加ESR。大的陶瓷电容的温度特性很差（通常是Z5U的），也就是说在工作范围内的温度的上升和下降会使容值成倍的变化。
准LDO补偿
在考虑准LDO稳压器（如图3）的稳定性和补偿的问题时，我们会考虑到它兼有LDO 和NPN稳压器的特性。因为准LDO稳压器利用NPN导通管，它的共集电极组合也就使它的输出极（射极）看上去有相对低的阻抗。
然而，由于NPN的基极是由高阻抗PNP电流源驱动的，所以准LDO的输出阻抗不会达到使用NPN达林顿管的NPN稳压器的输出阻抗那样低。（但是它比真正的LDO的输出阻抗要低）。
也就是说准LDO的功率极点的频率比NPN稳压器的低，因此准LDO也需要一些补偿以达到稳定。当然了这个功率极点的频率要比LDO稳压器的频率高很多，因此准LDO需要更小的电容而且对ESR的要求也不很苛刻。
例如，准LDO LM1085可以输出高达3A的负载电流却只需10uF的钽输出电容来确保稳定性。而且并未提供ESR图，因为在此LDO应用中对电容的ESR要求很宽松。
要求低ESR的LDO
国半确实有像LP2985和LP2989这样要求输出电容使用像表明贴装陶瓷电容一样具有超低ESR的电容。这种电容的ESR可以低到5-10mΩ。这样小的ESR会使典型的LDO稳压器引起振荡。（如图18）。
为了使LP2985在使用如此低的ESR时仍能够稳定工作，国半已经在芯片内部通过放置钽输出电容来补偿了零点。这样做是为了将可稳定的ESR的上限范围下降。未在内部添加零点的典型LDO的可稳定的ESR的范围一般为100mΩ到5Ω（只适合使用钽电容并不适合使用陶瓷电容）。LP2985的稳定范围是3Ω到500mΩ因此它可以使用陶瓷电容。
要弄清稳定范围上限下降的原因请参考图15。正如以上所提到的，此零点被集成在LDO 的内部。因此外部电容产生的零点必须处在足够高的频率，这样就不能使带宽很宽。否则，高频极点会产生很大的相移从而导致振荡。
使用场效益管（FET）的LDO的优点
LDO稳压器可以使用P-FET作为导通管（如图19）。为了明白使用P-FET LDO的好处，必须先注意到在PNP LDO（如图2）中要驱动PNP功率管就需要基极电流。基极电流由地脚流出并反馈回输入电压的负端。因此，这些基极驱动电流并未用来驱动负载。它在LDO 稳压器中耗损的功耗由下式计算：
PWR（BaseDrive）＝Vin×Ibase
需要驱动PNP管的基极电流等于负载电流除以β值（PNP管的增益）。在一些PNP LDO 稳压器中该β值一般为15-20（与负载电流相关）。由此基极驱动电流产生的功耗可不是我们期望的（尤其是在电池供电应用中）。使用P-FET可以解决这个问题，因为它的栅极驱动电流很小。
P-FET LDO另一个好处是通过调整FET的导通阻抗可以将稳压器的跌落电压作的很小。对于集成的稳压器而言，在单位面积上制造的FET的导通阻抗会比PNP三极管的导通阻抗低。这就可以在更小封装下产生更大的电流。
线性稳压器的工作原理及比较（二）
波特图（Bode Plots）
波特图(Bode Plots)可用来确认回路的稳定性，回路的增益（Loop Gain，单位：dB）是频率（Frequency）的函数（图5：典型的波特图）。回路增益及其相关内容在下节介绍。回路增益可以用网络分析仪（Network Analyzer）测量。网络分析仪向反馈回路(Feedback Path)注入低电平的正弦波(Sine Wave)，随着直流电压（DC）的不断升高，这些正弦波信号完成扫频，直到增益下降到0dB。然后测量增益的响应（Gain Response）。
波特图是很方便的工具，它包含判断闭环系统（Closed-loop System）稳定性的所有必要信息。包括下面几个关键参数：环路增益（Loop Gain），相位裕度（Phase Margin）和零点（Zeros）、极点（Poles）。
回路增益（LOOP GAIN）
闭环系统（Closed-loop System）有个特性称为回路增益（Loop Gain）。在稳压电路中，回路增益定义为反馈信号（Feedback Signal）通过整个回路后的电压增益（V oltage Gain）。为了更好的解释这个概念，LDO的结构框图（图2）作如下修改（图6：回路增益的测量方法）。
变压器（Transformer）用来将交流信号（AC Signal）注入（Inject）到“A”、“‘B”点间的反馈回路。借助这个变压器，用小信号正弦波（Small-signal Sine Wave）来“调制”（modulate）反馈信号。可以测量出A、B两点间的交流电压（AC V oltage），然后计算回路增益。回路增益定义为两点电压的比（Ratio）：
Loop Gain＝Va/Vb (5)
需要注意，从Vb点开始传输的信号，通过回路（Loop）时会出现相位偏移（Phase Shift），最终到达Va点。相位偏移（Phase Shift）的多少决定了回路的稳定程度（Stability）。
反馈（FEEDBACK）
如前所述，所有的稳压器都采用反馈（ Feedback）以使输出电压稳定。输出电压是通过电阻分压器进行采样的（图6），并且该分压信号反馈到误差放大器的一个输入端，误差放大器的另一个输入端接参考电压，误差放大器将会调整输出到导通管（Pass Transistor）的输出电流以保持直流电压（DC Valtage）的稳定输出。
为了达到稳定的回路就必须使用负反馈（Negative Feedback）。负反馈，有时亦称为改变极性的反馈（degenerative feedback），与源信号的极性相反（图7：反馈信号的相位示意图）。
负反馈与源(Source)的极性相反，它总会阻止输出的任何变化。也就是说，如果输出电压想要变高（或变低），负反馈回路总会阻止，强制其回到正常值。
正反馈（Positive Feedback）是指当反馈信号与源信号有相同的极性时就发生的反馈。此时，回路响应会与发生变化的方向一致。显而易见不能达到输出的稳定，不能消除输出电压的改变，反而将变化趋势扩大了。
当然，不会有人在线性稳压器件中使用正反馈。但是如果出现180°的相移，负反馈就成为正反馈了。
相位偏移（PHASE SHIFT）
相位偏移就是反馈信号经过整个回路后出现的相位改变（Phase Change）的总和（相对起始点）。相位偏移，单位用度（Degrees）表示，通常使用网络分析仪（network analyzer）测量。理想的负反馈信号与源信号相位差180°（如图8：相位偏移示意图），因此它的起始点在－180°。在图7中可以看到这180°的偏置，也就是波型差半周。
可以看到，从－180°开始，增加180°的相移，信号相位回到零度，就会使反馈信号与源信号的相位相同，从而使回路不稳定。
相位裕度（PHASE MARGIN）
相位裕度（Phase Margin，单位：度），定义为频率的回路增益等 0dB（单位增益，Unity Gain）时，反馈信号总的相位偏移与－180°的差。一个稳定的回路一般需要20°的相位裕度。
相位偏移和相位裕度可以通过波特图中的零、极点计算获得。
极点（POLES）
极点（Pole）定义为增益曲线(Gain curve)中斜度（Slope）为－20dB/十倍频程的点（图9：波特图中的极点）。每添加一个极点，斜度增加20dB/十倍频程。增加n个极点，n ×（－20dB/十倍频程）。每个极点表示的相位偏移都与频率相关，相移从0到－90°（增加极点就增加相移）。最重要的一点是几乎所有由极点（或零点）引起的相移都是在十倍频程范围内。注意：一个极点只能增加－90°的相移，所以最少需要两个极点来到达－180°（不稳定点）。
零点（ZEROS）
零点（Zero）定义为在增益曲线中斜度为＋20dB/十倍频程的点（如图10：波特图中的零点）。零点产生的相移为0到＋90°，在曲线上有＋45°角的转变。必须清楚零点就是“反极点”（Anti-pole），它在增益和相位上的效果与极点恰恰相反。这也就是为什么要在LDO 稳压器的回路中添加零点的原因，零点可以抵消极点。
二：霍尔传感器 由于霍尔元件产生的电势差很小，故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上，称之为霍尔传感器。 霍尔传感器也称为霍尔集成电路，其外形较小，如下图所示，是其中一种型号的 外形图 三：霍尔传感器的分类 霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种: 1.线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组 成，它输出模拟量。 2.开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字量。
配合差分放大器使用霍尔元件产生的电势差很小，一般在毫伏量级，所以在使用时要进行一定的放大处理（如下图） 配合触发器用在上述电路的基础上，再添加一个施密特触发器用作阈值检测，则可以使霍尔器件输出数字信号,结构图如下： 集成场效应管在上述电路的基础上添加一个场效应管，可以
增强霍尔开关的驱动能力（可以直接驱动LED、继电器等） 四：霍尔传感器的特性 1.线性型霍尔传感器的特性 2.开关型霍尔传感器的特性 如图4所示，其中BOP为工 作点“开”的磁感应强度，BRP 为释放点“关”的磁感应强度当 外加的磁感应强度。超过动作点 Bop时，传感器输出低电平，当磁感应强度降到动作点Bop以下时，传感器输出电平不变，一直要降到释放点BRP时，传感器才由低电平跃变为高电平。Bop 与BRP之间的滞后使开关动作更为可靠。
A3144是开关霍尔传感器 五：开关型霍尔传感器 开关型霍尔传感器主要用于测转数、转速、风速、流速、接近开关、关门告知器、报警器、自动控制电路等。 1．测转速或转数 如图所示，在非磁性材料的圆盘边上粘一块磁钢，霍尔传感器放在靠近圆盘边缘处，圆盘旋转一周，霍尔传感器就输出一个脉冲，从而可测出转数（计数器），若接入频率计，便可测出转速。
齐纳二极管(稳压二极管)工作原理及主要参数 齐纳二极管也叫稳压二极管.一般二极管处于逆向偏压时，若电压超过PIV(逆向峰值电压)值时二极管将受到破坏，这是因为一般二极管在两端的电位差既高之下又要通过大量的电流，此时所产生的功率所衍生的热量足以使二极管烧毁。 齐纳二极管就是专门被设计在崩溃区操作，是一个具有良好的功率散逸装置，可以当做电压参考或定电压组件。若利用齐纳二极管作为电压调节器，将使附载电压保持在Vz附近且几乎唯一定值，不受附载电流或电源上电压变动影响。一般二极管之崩溃电压，在制作时可以随意加以控制，所以一般齐纳二极管之崩电压(Vz)从数伏特至上百伏特都有。一般齐纳二极管在特性表或电路上除了标住Vz外，均会注明Pz也就是齐纳二极管所能承受之做大功率，也可由Pz=Vz*Iz 换算出奇纳二极管可通过最大电流Iz。dz3w上有个在线计算器,电路设计时可以用来计算稳压二极管的相关参数. 齐纳二极管工作原理 齐纳二极管主要工作于逆向偏压区，在二极管工作于逆向偏压区时，当电压未达崩溃电压以前，二极管上并不会有电流产生，但当逆向电压达到崩溃电压时，每一微小电压的增加就会产生相当大的电流，此时二极管两端的电压就会保持于一个变化量相当微小的电压值(几乎等于崩溃电压)，下图为齐纳二极管之电压电流曲线，可由此应证上述说明。 齐纳二极管(又叫稳压二极管)它的电路符号是:此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件.在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个很少的数值,在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定,稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用.其伏安特性,稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用,通过串联就可获得更多的稳定电压。 在通常情况下，反向偏置的PN结中只有一个很小的电流。这个漏电流一直
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，如图所示。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，该电动势称为霍尔电势，上述半导体薄片称为霍尔元件。 原理简述如下：激励电流 I 从 a 、 b 端流入，磁场 B 由正上方作用于薄片，这时电子 e 的运动方向与电流方向相反，将受到洛仑兹力 FL 的作用，向内侧偏移，该侧形成电子的堆积，从而在薄片的 c 、 d 方向产生电场 E 。电子积累得越多， FE 也越大，在半导体薄片 c 、 d 方向的端面之间建立的电动势 EH 就是霍尔电势。 由图可以看出，流入激励电流端的电流 I 越大、作用在薄片上的磁场强度B 越强，霍尔电势也就越高。磁场方向相反，霍尔电势的方向也随之改变，因此霍尔传感器能用于测量静态磁场或交变磁场。 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，如图所示。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，该电动势称为霍尔电势，上述半导体薄片称为霍尔元件。 原理简述如下：激励电流 I 从 a 、 b 端流入，磁场 B 由正上方作用于薄片，这时电子 e 的运动方向与电流方向相反，将受到洛仑兹力 FL 的作用，向内侧偏移，该侧形成电子的堆积，从而在薄片的 c 、 d 方向产生电场 E 。电子积累得越多， FE 也越大，在半导体薄片 c 、 d 方向的端面之间建立的电动势 EH 就是霍尔电势。 由图可以看出，流入激励电流端的电流 I 越大、作用在薄片上的磁场强度B 越强，霍尔电势也就越高。磁场方向相反，霍尔电势的方向也随之改变，因此霍尔传感器能用于测量静态磁场或交变磁场。
常见的霍尔元件有哪些种类，型号？ 单极性霍尔 单极开关介绍: 单极霍尔效应开关具有磁性工作阈值(Bop)。如果霍尔单元承受的磁通密度大于工作阈值，那么输出晶体管将开启；当磁通密度降至低于工作阈值(Brp) 时，晶体管会关闭。滞后(Bhys) 是两个阈值(Bop-Brp) 之间的差额。即使存在外部机械振动及电气噪音，此内置滞后页可实现输出的净切换。单极霍尔效应的数字输出可适应各种逻辑系统。这些器件非常适合与简单的磁棒或磁杆一同使用。Allegro 提供各种单极霍尔效应开关，各开关均具有与磁铁南极相关的不同工作阈值及滞后。 霍尔单极开关型号如下: 类别品牌型号工作点（G）释放点（G）回差（G）工作电压工作温度 单极霍尔开关AH AH3144E 70~300 30~270 >30 4.5-24V -40-85℃ AH AH3144L 70~300 30~270 >30 4.5-24V -40-150℃ AH AH543 70~350 30~270 >30 4.5-24V -20-85℃ DIODES ATS137 70~300 30~270 >40 3.5-20V -40-85℃ YH YH137 <160 >20 60~80 4.5-24V -20-85℃ YH YH3144E >30 <30 80 4.5-24V -20-85℃ ALLEGRO A04E 35~450 25~430 >20 3.8-24V -40-85℃ ALLEGRO A1104EU-T 35~450 25~430 >20 3.8-24V -40-85℃ ALLEGRO A1104LU-T 35~450 25~430 >20 3.8-24V -40-150℃ ALLEGRO A1104EUA-T 35~450 25~430 >20 3.8-24V -40-85℃ AH3144E/L,霍尔开关集成电路应用霍尔效应原理，采用半导体集成技术制造的磁敏电路，它是由电压调整器、霍尔电压发生器、差分放大器、史密特触发器，温度补偿电路和集电极开
开关稳压电源和线性稳压电源 根据调整管的工作状态，我们常把稳压电源分成两类：线性稳压电源和开关稳压电源。 线性稳压电源，是指调整管工作在线性状态下的稳压电源。而在开关电源中则不一样，开关管（在开关电源中，我们一般把调整管叫做开关管）是工作在开、关两种状态下的：开——电阻很小；关——电阻很大。 开关电源是一种比较新型的电源。它具有效率高，重量轻，可升、降压，输出功率大等优点。但是由于电路工作在开关状态，所以噪声比较大。通过下图，我们来简单的说说降压型开关电源的工作原理。如图所示，电路由开关K（实际电路中为三极管或者场效应管），续流二极管D，储能电感L，滤波电容C等构成。当开关闭合时，电源通过开关K、电感L给负载供电，并将部分电能储存在电感L以及电容C中。由于电感L的自感，在开关接通后，电流增大得比较缓慢，即输出不能立刻达到电源电压值。一定时间后，开关断开，由于电感L的自感作用（可以比较形象的认为电感中的电流有惯性作用），将保持电路中的电流不变，即从左往右继续流。这电流流过负载，从地线返回，流到续流二极管D的正极，经过二极管D，返回电感L的左端，从而形成了一个回路。通过控制开关闭合跟断开的时间（即PWM——脉冲宽度调制），就可以控制输出电压。如果通过检测输出电压来控制开、关的时间，以保持输出电压不变，这就实现了稳压的目的。 在开关闭合期间，电感存储能量；在开关断开期间，电感释放能量，所以电感L叫做储能电感。二极管D在开关断开期间，负责给电感L提供电流通路，所以二极管D叫做续流二极管。 在实际的开关电源中，开关K由三极管或场效应管代替。当开关断开时，电流很小；当开关闭合时，电压很小，所以发热功率U×I就会很小。这就是开关电源效率高的原因。 看过完两个关于电源的FAQ后，大家可能对电源的效率计算还不了解。在后面的FAQ中，我们将专门给大家介绍。 常见的用于开关电源的芯片有：TL494，LM2575，LM2673，34063，51414等等。
一、霍尔电流电压传感器、变送器的基本原理与使用方法 1．霍尔器件 霍尔器件是一种采用半导体材料制成的磁电转换器件。如果在输入端通入控 制电流I C ，当有一磁场B穿过该器件感磁面，则在输出端出现霍尔电势V H 。 如图1－1所示。 霍尔电势V H 的大小与控制电流I C 和磁通密度B的乘积成正比，即：V H ＝K H I C Bsin Θ 霍尔电流传感器是按照安培定律原理做成，即在载流导体周围产生一正比于该电流的磁场，而霍尔器件则用来测量这一磁场。因此，使电流的非接触测量成为可能。 通过测量霍尔电势的大小间接测量载流导体电流的大小。因此，电流传感器经过了电－磁－电的绝缘隔离转换。 2．霍尔直流检测原理 如图1－2所示。由于磁路与霍尔器件的输出具有良好的线性关系，因此霍尔 器件输出的电压讯号U 0可以间接反映出被测电流I 1 的大小，即：I 1 ∝B 1 ∝U 我们把U 0定标为当被测电流I 1 为额定值时，U 等于50mV或100mV。这就制成 霍尔直接检测（无放大）电流传感器。
3．霍尔磁补偿原理 原边主回路有一被测电流I1，将产生磁通Φ1，被副边补偿线圈通过的电流I2所产生的磁通Φ2进行补偿后保持磁平衡状态，霍尔器件则始终处于检测零磁通的作用。所以称为霍尔磁补偿电流传感器。这种先进的原理模式优于直检原理模式，突出的优点是响应时间快和测量精度高，特别适用于弱小电流的检测。霍尔磁补偿原理如图1－3所示。 从图1－3知道：Φ 1＝Φ 2 I 1N 1 ＝I 2 N 2 I 2＝N I /N 2 ·I 1 当补偿电流I 2流过测量电阻R M 时，在R M 两端转换成电压。做为传感器测量电 压U 0即：U ＝I 2 R M 按照霍尔磁补偿原理制成了额定输入从0.01A～500A系列规格的电流传感器。 由于磁补偿式电流传感器必须在磁环上绕成千上万匝的补偿线圈，因而成本增加；其次，工作电流消耗也相应增加；但它却具有直检式不可比拟的较高精度和快速响应等优点。 4．磁补偿式电压传感器 为了测量mA级的小电流，根据Φ 1＝I 1 N 1 ，增加N 1 的匝数，同样可以获得高磁 通Φ 1 。采用这种方法制成的小电流传感器不但可以测mA级电流，而且可以测电压。 与电流传感器所不同的是在测量电压时，电压传感器的原边多匝绕组通过串 联一个限流电阻R 1，然后并联连接在被测电压U 1 上，得到与被测电压U 1 成比 例的电流I 1 ，如图1－4所示。
分析稳压二极管的工作原理及其限流电阻的公式推导 一、二极管主要参数 在实际应用中选择适当的二极管对电路的设计很重要，不同用途的二极管有不同的结构，有不同的参数要求：不同用途的二极管对二极管参数的要求也不同。二极管的主要参数如下： 1、最大整流电流；二极管的最大整流电流是指在规定测试温度下，二极管允许通过的最大平均大流。二极管在正常工作时，平均工作电流不应超过此值，二则会损坏二极管。 2、最大反向峰值电压：最大反向峰值电压是指在二极管工作时允许承受的最大反向电压 3、最大正向浪涌电流：最大正想浪涌电流时二极管允许流过的过量的正向电流，表示二极管承受非正常工作电流（浪涌电流不是经常出现，只是偶然出现）的能力。一般测试时，规定一个50Hz的浪涌电流。 4、反向电流：指二极管在未击穿是的反向电流（后续会介绍），一般规定在是温度25°C时进行测试。 5、反向恢复时间：当二极管两端电压从正向电压变为反向电压时，理想情况是电流能瞬时截止，但是实际要延迟一段时间，这段时间久成为反向恢复时间。 不同用途的二极管对各种参数的要求不同，表（1-1）和表（1-2）列出了二极管的参数，以供参考 二、极管的种类 二极管的种类有很多，出了普通的二极管和整流二极管外，还有利用特殊工艺制造的具有各种不同用途的二级管，如稳压管（齐纳二极管）、光敏二极管，发光二极管等。 下面，主要介绍的是在电路中最常见的二极管的一种——稳压二极管 三、稳压二极管及其工作原理 我们都知道，二极管加反响偏置电压时，如果反向电压达到UBR,则二极管会产生击穿。击穿时反向电流迅速增加，但是此时二极管两端的电压变化很小。稳压就是根据PN结的这一特性，经特殊工艺制造的。稳压管又称齐纳二极管。使用稳压管可以提供一个较为固定的稳定电压。
一、直流稳压电源的工作原理 直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要经过变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。 四个环节的工作原理如下： (1)电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。 (2)整流滤波电路：整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。 (3)滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压各滤波电容C满足RL-C＝（3~5）T/2，或中T为输入交流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻。 (4)稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。常用可调式正压集成稳压器有CW317（LM317）系列，它们的输出电压从1.25V－37伏可调，最简的电路外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。其芯片内有过渡、过热和安全工作区保护，最大输出电流为1.5A。其典型电路如下图，其中电阻R1与电位器R2组成输出电压调节器，输出电压Uo的表达式为：Uo＝1.25（1＋R2/R1）式中R1一般取120－240欧姆，输出端与调整端的压差为稳压器的基准电压（典型值为1.25V）。 二、直流稳压电源的应用 直流稳压电源是电子技术领域不可缺少的设备，常见的直流稳压电源，大都采用串联式反馈式稳压原理，通过调整输出端取样电阻支路中的电位器来调整输出电压。由于电位器阻值变化的非线性和调整范围窄，使普通直流稳压电源难以实现输出电压的精确调整。 三、直流稳压电源的前景 近几年随着科技的发展，直流稳压电源的工作频率有原来的几十千赫发展到现在的几百千，但是和西方的发达国家还是有一定的差距；以美国为首的几个发达国家在这方面的研究已经转向高频下电源的拓扑理论、工作原理、建模分析等等方面技术领先；因此，直流稳压电源的研制及应用在此方面与之也从在很大的差距。
两种霍尔传感器的工作原理 霍尔电流传感器是根据霍尔原理制成的.它有两种工作方式,即磁平衡式和直式.霍尔电流传感器一般由原边电路、聚磁环、霍尔器件、(次级线圈)和放大电路等组成. 1 直放式电流传感器(开环式) 众所周知,当电流通过一根长导线时,在导线周围将产生一磁场,这一磁场的大小与流过导线的电流成正比,它可以通过磁芯聚集感应到霍尔器件上并使其有一信号输出.这一信号经信号放大器放大后直接输出,一般的额定输出标定为4V. 2 磁平衡式电流传感器(闭环式) 磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器,即主回路被测电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈,电流所产生的磁场进行补偿,从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。 磁平衡式电流传感器的具体工作过程为:当主回路有一电流通过时,在导线上产生的磁场被聚磁环聚集并感应到霍尔器件上,所产生的信号输出用于驱动相应的功率管并使其导通,从而获得一个补偿电流Is.这一电流再通过多匝绕组产生磁场,该磁场与被测电流产生的磁场正好相反,因而补偿了原来的磁场,使霍尔器件的输出逐渐减小.当与I H与匝数相乘与“原边电流与匝数相乘”所产生的磁场相等时, I H不再增加,这时的霍尔器件起指示零磁通的作用,此时可以通过I H来平衡.被测电流的任何变化都会破坏这一平衡.一旦磁场失去平衡,霍尔器件就有信号输出.经功率放大后,立即就有相应的电流I H流过次级绕组以对失衡的磁场进行补偿.从磁场失衡到再次平衡,所需的时间理论上不到1μs,这是一个动态平衡的过程。
工作原理主要是霍尔效应原理. 一、以零磁通闭环产品原理为例: 1、当原边导线经过电流传感器时，原边电流 IP 会产生磁力线，原边磁力线集中在磁芯气隙周围，内置在磁芯气隙中的霍尔电片可产生和原边磁力线成正比的，大小仅为几毫伏的感应电压，通过后续电子电路可把这个微小的信号转变成副边电流IS，并存在以下关系式：IS* NS= IP*NP 其中，IS—副边电流；IP—原边电流；NP—原边线圈匝数；NS—副边线圈匝数； NP/NS—匝数比，一般取 NP=1。 电流传感器的输出信号是副边电流IS，它与输入信号（原边电流IP）成正比，IS 一般很小，只有 10~400mA。如果输出电流经过测量电阻 RM，则可以得到一个与原边电流成正比的大小为几伏的电压输出信号。 2、传感器供电电压 VA VA 指电流传感器的供电电压，它必须在传感器所规定的范围内。超过此范围，传感器不能正常工作或可靠性降低，另外，传感器的供电电压VA又分为正极供电电压VA+和负极供电电压VA-。要注意单相供电的传感器，其供电电压VAmin是双相供电电压VAmin的2倍，所以其测量范围要相供高于双电的传感器。 3、测量范围 Ipmax 测量范围指电流传感器可测量的最大电流值，测量范围一般高于标准额定值 IPN。二、电流传感器主要特性参数1、标准额定值 IPN 和额定输出电流 ISN IPN 指电流传感器所能测试的标准额定值，用有效值表示（A.r.m.s），IPN 的大小与传感器产品的型号有关。ISN指电流传感器额定输出电流，一般为10~400mA，当然根据某些型号具体可能会有所不同。 2、偏移电流 ISO 偏移电流也叫残余电流或剩余电流，它主要是由霍尔元件或电子电路中运算放大器工作状态不稳造成的。电流传感器在生产时，在25℃，IP=0时的情况下，偏移电流已调至最小，但传感器在离开生产线时，都会产生一定大小的偏移电流。产品技术文档中提到的精度已考虑了偏移电流增加的影响。 3、线性度 线性度决定了传感器输出信号（副边电流IS）与输入信号（原边电流IP）在测量范围内成正比的程度。 4、温度漂移 偏移电流ISO是在25℃时计算出来的，当霍尔电极周边环境温度变化时，ISO会产生变化。因此，考虑偏移电流ISO的最大变化是很重要的，其中，IOT是指电流传感器性能表中的温度漂移值。5、过载电流传感器的过载能力是指发生电流过载时，在测量范围之外，原边电流仍会增加，而且过载电 流的持续时间可能很短，而过载值有可能超过传感器的允许值，过载电流值传感器一般测量不出来，但不会对传感器造成损坏。
稳压二极管工作原理 一、稳压二极管原理及特性 一般三极管都是正向导通，反向截止；加在二极管上的反向电压如果超过二极管的承受能力，二极管就要击穿损毁。但是有一种二极管，它的正向特性与普通二极管相同，而反向特性却比较特殊：当反向电压加到一定程度时，虽然管子呈现击穿状态，通过较大电流，却不损毁，并且这种现象的重复性很好；只要管子处在击穿状态，尽管流过管子的电在变化很大，而管子两端的电压却变化极小起到稳压作用。这种特殊的二极管叫稳压管。 稳压管的型号有2CW、2DW 等系列，它的电路符号如图5－17所示。 稳压管的稳压特性，可用图5一18所示伏安特性曲线很清楚地表示出来。 稳压管是利用反向击多区的稳压特性进行工作的，因此，稳压管在电路中要反向连接。稳压管的反向击穿电压称为稳定电压，不同类型稳压管的稳定电压也不一
样，某一型号的稳压管的稳压值固定在口定范围。例如：2CW11的稳压值是3.2伏到4．5伏，其中某一只管子的稳压值可能是3．5伏，另一只管子则可能是4，2伏。 在实际应用中，如果选择不到稳压值符合需要的稳压管，可以选用稳压值较低的稳压管，然后串联几只硅二极管“枕垫”，把稳定电压提高到所需数值。这是利用硅二极管的正向压降为0．6～0．7伏的特点来进行稳压的。因此，二极管在电路中必须正向连接，这是与稳压管不同的。 稳压管稳压性能的好坏，可以用它的动态电阻r来表示： 显然，对于同样的电流变化量ΔI，稳压管两端的电压变化量ΔU越小，动态电阻越小，稳压管性能就越好。 稳压管的动态电阻是随工作电流变化的，工作电流越大，动态电阻越小。因此，为使稳压效果好，工作电流要选得合适。工作电流选得大些，可以减小动态电阻，但不能超过管子的最大允许电流（或最大耗散功率）。各种型号管子的工作电流和最大允许电流，可以从手册中查到。 稳压管的稳定性能受温度影响，当温度变化时，它的稳定电压也要发生变化，常用稳定电压的温度系数来表示，这种性能例如2CW19型稳压管的稳定电压Uw= 12伏，温度系数为0.095%℃，说明温度每升高1℃，其稳定电压升高11.4毫伏。为提高电路的稳定性能，往往采用适当的温度补偿措施。在稳定性能要求很高时，需使用具有温度补偿的稳压，如2DW7A、2DW7W、2DW7C 等。 二、稳压二极管稳压电路图 由硅稳压管组成的简单稳压电路如图5- l9（a）所示。硅稳压管DW与负载Rfz，并联，R1为限流电阻。
霍尔齿轮转速传感器的工作原理和优点 作者: 发布时间:2009-11-25 来源: 关键字:霍尔转速传感器 霍尔转速传感器的主要工作原理是霍尔效应，也就是当转动的金属部件通过霍尔传感器的磁场时会引起电势的变化，通过对电势的测量就可以得到被测量对象的转速值。霍尔转速传感器的主要组成部分是传感头和齿圈，而传感头又是由霍尔元件、永磁体和电子电路组成的。 霍尔转速传感器的工作原理 霍尔转速传感器在测量机械设备的转速时，被测量机械的金属齿轮、齿条等运动部件会经过传感器的前端，引起磁场的相应变化，当运动部件穿过霍尔元件产生磁力线较为分散的区域时，磁场相对较弱，而穿过产生磁力线较为几种的区域时，磁场就相对较强。 霍尔转速传感器就是通过磁力线密度的变化，在磁力线穿过传感器上的感应元件时，产生霍尔电势。霍尔转速传感器的霍尔元件在产生霍尔电势后，会将其转换为交变电信号，最后传感器的内置电路会将信号调整和放大，输出矩形脉冲信号。 霍尔转速传感器的测量方法 霍尔转速传感器的测量必须配合磁场的变化，因此在霍尔转速传感器测量非铁磁材质的设备时，需要事先在旋转物体上安装专门的磁铁物质，用以改变传感器周围的磁场，这样霍尔转速传感器才能准确的捕捉到物质的运动状态。 霍尔转速传感器主要应用于齿轮、齿条、凸轮和特质凹凸面等设备的运动转速测量。高转速磁敏电阻转速传感器除了可以测量转速以外，还可以测量物体的位移、周期、频率、扭矩、机械传动状态和测量运行状态等。 霍尔转速传感器目前在工业生产中的应用很是广泛，例如电力、汽车、航空、纺织和石化等领域，都采用霍尔转速传感器来测量和监控机械设备的转速状态，并以此来实施自动化管理与控制。 霍尔转速传感器的应用优势 霍尔转速传感器的应用优势主要有三个，一是霍尔转速传感器的输出信号不会受到转速值的影响，二是霍尔转速传感器的频率相应高，三是霍尔转速传感器对电磁波的抗干扰能力强，因此霍尔转速传感器多应用在控制系统的转速检测中。 同时，霍尔转速传感器的稳定性好，抗外界干扰能力强，如抗错误的干扰信号等，因此不易因环境的因素而产生误差。霍尔转速传感器的测量频率范围宽，
什么是稳压二极管稳压二极管(又叫齐纳二极管)它的电路符号是:，稳压二极管是一种用于稳定电压的单PN结二极管。此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。在这临界击穿点上，反向电阻降低到一个很少的数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定，稳压二极管是根据击穿电压来分档的，因为这种特性，稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。 稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用，通过串联就可获得更多的稳定电压。 稳压管的应用： 1、浪涌保护电路(如图2)：稳压管在准确的电压下击穿，这就使得它可作为限制或保护之元件来使用，因为各种电压的稳压二极管都可以得到，故对于这种应用特别适宜。图中的稳压二极管D是作为过压保护器件。只要电源电压VS超过二极管的稳压值D就导通。使继电器J吸合负载RL就与电源分开。 2、电视机里的过压保护电路(如图3)：EC是电视机主供电压，当EC电压过高时，D导通，三极管BG导通，其集电极电位将由原来的高电平(5V)变为低电平，通过待机控制线的控制使电视机进入待机保护状态。 3、电弧抑制电路如图4：在电感线圈上并联接入一只合适的稳压二极管(也可接入一只普通二极管原理一样)的话，当线圈在导通状态切断时，由于其电磁能释放所产生的高压就被二极管所吸收，所以当开关断开时，开关的电弧也就被消除了。这个应用电路在工业上用得比较多，如一些较大功率的电磁吸控制电路就用到 它。
4、串联型稳压电路(如图5)：在此电路中。串联稳压管BG的基极被稳压二极管D钳定在13V，那么其发 射极就输出恒定的12V电压了。这个电路在很多场合下都有应用 国产稳压二极管产品的分类 二极管的击穿通常有三种情况，即雪崩击穿、齐纳击穿和热击穿。 （1）雪崩击穿 对于掺杂浓度较低的PN结，结较厚，当外加反向电压高到一定数值时，因外电场过强，使PN结内少数载流子获得很大的动能而直接与原子碰撞，将原子电离，产生新的电子空穴对，由于链锁反应的结果，使少数载流子数目急剧增多，反向电流雪崩式地迅速增大，这种现象叫雪崩击穿。雪崩击穿通常发生在高反压、低掺杂的情况下。 （2）齐纳击穿 对于采用高掺杂（即杂质浓度很大）形成的PN结，由于结很薄（如0.04μm）即使外加电压并不高（如4V），就可产生很强的电场（如）将结内共价键中的价电子拉出来，产生大量的电子一空穴对，使反向电流剧增，这种现象叫齐纳击穿（因齐纳研究而得名）。齐纳击穿一般发生在低反压、高掺杂的情况下。（3）热击穿 在使用二极管的过程中，如由于PN结功耗（反向电流与反向电压之积）过大，使结温升高，电流变大，循环反复的结果，超过PN结的允许功耗，使PN结击穿的现象叫热击穿。热击穿后二极管将发生永久性损坏。
第八章霍尔传感器 课题：霍尔传感器的原理及应用课时安排：2 课次编号：12 教材分析 难点：开关型霍尔集成电路的特性 重点：霍尔传感器的应用 教学目的和要求1、了解霍尔传感器的工作原理； 2、了解霍尔集成电路的分类； 3、掌握线性型和开关型霍尔集成电路的特性； 4、掌握霍尔传感器的应用。 采用教学方法和实施步骤：讲授、课堂互动、分析教具：各种霍尔元 件、霍尔传感器 各教学环节和内容 演示1： 将小型蜂鸣器的负极接到霍尔接近开关的OC门输出 端，正极接V cc端。在没有磁铁靠近时，OC门截止，蜂鸣 器不响。 当磁铁靠近到一定距离（例如3mm）时，OC门导通， 蜂鸣器响。将磁铁逐渐远离霍尔接近开关到一定距离（例 如5mm）时，OC门再次截止，蜂鸣器停响。 演示2： 将一根导线穿过10A霍尔电流传感器的铁芯，通入0.1~1A电流，观察霍尔IC的输出电压的变化，基本与输入电流成正比。 从以上演示，引入第一节霍尔效应、霍尔元件的工作原理。 第一节霍尔元件的工作原理及特性 一、工作原理 金属或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E H，这种现象称为霍尔效应（Hall Effect），该电动势称为霍尔电动势（Hall EMF），上述半导体薄片称为霍尔元件（Hall Element）。用霍尔元件做成的传感器称为霍尔传感器（Hall Transducer）。
图8-1霍尔元件示意图 a）霍尔效应原理图b）薄膜型霍尔元件结构示意图c）图形符号d）外形霍尔属于四端元件： 其中一对（即a、b端）称为激励电流端，另外一对（即c、d端）称为霍尔电动势输出端，c、d端一般应处于侧面的中点。 由实验可知，流入激励电流端的电流I越大、作用在薄片上的磁场强度B越强，霍尔电动势也就越高。霍尔电动势E H可用下式表示 E H=K H IB（8-1）式中K H——霍尔元件的灵敏度。 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θ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B cosθ，这时的霍尔电动势为 E H=K H IB cosθ（8-2） 从式（8-2）可知，霍尔电动势与输入电流I、磁感应强度B成正比，且当B的方向改变时，霍尔电动势的方向也随之改变。如果所施加的磁场为交变磁场，则霍尔电动势为同频率的交变电动势。 目前常用的霍尔元件材料是N型硅，霍尔元件的壳体可用塑料、环氧树脂等制造。 二、主要特性参数 （1）输入电阻R i恒流源作为激励源的原因：霍尔元件两激励电流端的直流电阻称为输入电阻。它的数值从几十欧到几百欧，视不同型号的元件而定。温度升高，输入电阻变小，从而使输入电流I ab变大，最终引起霍尔电动势变大。使用恒流源可以稳定霍尔原件的激励电流。 （2）最大激励电流I m激励电流增大，霍尔元件的功耗增大，元件的温度升高，从而引起霍尔电动势的温漂增大，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。 提问：霍尔原件的最大激励电流I m为宜。 A．0mA B．±0.1 mA C．±10mA D．100mA （4）最大磁感应强度B m磁感应强度超过B m时，霍尔电动势的非线性误差将明显增大，B m的数值一般小于零点几特斯拉。 提问：为保证测量精度，图8-3中的线性霍尔IC的磁感应强度不宜超过为宜。 A．0T B．±0.10T C．±0.15T D．±100Gs
基于线性霍尔元件的位移传感器设计
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郑州轻工业学院 传感器及应用系统课程设计说明书 基于线性霍尔元件的位移传感器 姓名: 吴富昌 专业班级: 电子信息工程13－０１ 学号：541３０10３0139 指导老师：陆立平 时间：201６.6．27 -2016.７.１
郑州轻工业学院 课程设计任务书 题目基于线性霍尔元件的位移传感器设计 专业、班级电子信息工程13-0１学号39 姓名吴富昌主要内容、基本要求、主要参考资料等： 一、主要内容: 利用线性霍尔元件设计一个位移传感器。 二、基本要求: (１)设计一个位移传感器，并设计相关的信号处理电路。 （２）为达到误差控制要求，需要对霍尔元件的误差进行补偿校正,主要包含霍尔元件的零位误差及补偿和温度误差及补偿。 (3）完成系统框图和电路原理图的设计和绘制，系统理论分析和设计详细明确,有理有据。 （４）信号处理电路应包含激励信号电路、消除不等位电势补偿电路、放大电路、相敏检波电路和低通滤波电路等。 （５）利用软件仿真,得出主要信号输入输出点的波形,根据仿真结果验证设计功能的可行性、参数设计的合理性。 （6）根据模拟结果计算位移传感器的迟滞误差、线性度和灵敏度等参数。 (7）写出300０~5000字的设计报告,主体文本字号为小四号,标题章节字号依照美观合理原则选择，并合理加黑,字体均为宋体。 三、主要参考资料: (１)何金田,张斌主编,传感器原理与应用课程设计指南。哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2009.0１. (2）周继明，刘先任、江世明等,传感器技术与应用实验指导及实验报告。长沙:中南大学出版社,２０06.08. (3）陈育中,霍尔传感器测速系统的设计，科学技术与工程，２010,10:7529-753２. 完成期限：2０16年 6月２7 日-2０１6年 7月１日 指导教师签章： 专业负责人签章: ２016年６月 27 日
霍尔元件及其应用 霍尔元件及其应用 摘要: 霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器,已发展成一个品种多样的磁传感器产品族，并已得到广泛的应用。本文简要介绍其 工作原理，产品特性及其典型应用。 1 引言 霍尔器件是一种磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。 霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。 霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达μm级）。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达－55℃～150℃。 按照霍尔器件的功能可将它们分为: 霍尔线性器件和霍尔开关器件。前者输出模拟量，后者输出数字量。 按被检测的对象的性质可将它们的应用分为:直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场来作被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。 2 霍尔效应和霍尔元件 2.1 霍尔效应 如图1所示，在一块通电的半导体薄片上，加上和片子表面垂直的磁场B，在薄片的横向两侧会出现一个电压，如图1中的VH，这种现象就是霍尔效应，是由科学家爱德文·霍尔在1879年发现的。VH称为霍尔电压。
（a）霍尔效应和霍尔元件 这种现象的产生，是因为通电半导体片中的载流子在磁场产生的洛仑兹力的作用下，分别向片子横向两侧偏转和积聚，因而形成一个电场，称作霍尔电场。霍尔电场产生的电场力和洛仑兹力相反，它阻碍载流子继续堆积，直到霍尔电场力和洛仑兹力相等。这时，片子两侧建立起一个稳定的电压，这就是霍尔电压。 在片子上作四个电极，其中C1、C2间通以工作电流I，C1、C2称为电流电极，C3、C4间取出霍尔电压VH，C3、C4称为敏感电极。将各个电极焊上引线，并将片子用塑料封装起来，就形成了一个完整的霍尔元件（又称霍尔片）。 (1) 或(2) 或(3) 在上述（1）、（2）、（3）式中VH是霍尔电压，ρ是用来制作霍尔元件的材料的电阻率，μn是材料的电子迁移率，RH 是霍尔系数，l、W、t分别是霍尔元件的长、宽和厚度，f(I/W)是几何修正因子，是由元件的几何形状和尺寸决定的，I是工作电流，V是两电流电极间的电压，P是元件耗散的功率。由(1)～(3)式可见，在霍尔元件中，ρ、RH、μn决定于元件所用的材料，I、W、t和f(I/W)决定于元件的设计和工艺，霍尔元件一旦制成，这些参数均为常数。因此，式(1)～(3)就代表了霍尔元件的三种工作方式所得的结果。(1)式表示电流驱动，(2)式表示电压驱动，(3)式可用来评估霍尔片能承受的最大功率。 为了精确地测量磁场,常用恒流源供电,令工作电流恒定,因而,被测磁场的磁感应强度B可用霍尔电压来量度。 在一些精密的测量仪表中，还采用恒温箱，将霍尔元件置于其中，令RH保持恒定。 若使用环境的温度变化，常采用恒压驱动，因和RH比较起来，μn随温度的变化比较平缓，因而VH受温度变化的影响较小。 为获得尽可能高的输出霍尔电压VH，可加大工作电流，同时元件的功耗也将增加。(3)式表达了VH能达到的极限——元件能承受的最大功耗。
稳压二极管原理及故障 稳压二极管的稳压原理： 稳压二极管的特点就是击穿后，其两端的电压基本保持不变。这样，当把稳压管接入电路以后，若由于电源电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压将基本保持不变。 稳压二极管在电路中常用“ZD”加数字表示，如：ZD5表示编号为5的稳压管。 故障特点： 稳压二极管的故障主要表现在开路、短路和稳压值不稳定。在这3种故障中，前一种故障表现出电源电压升高；后2种故障表现为电源电压变低到零伏或输出不稳定。 常用稳压二极管的型号及稳压值如下表： 型号1N47281N47291N47301N47321N47331N47341N47351N47441N47501N47511N4761 稳压值 3.3V 3.6V 3.9V 4.7V 5.1V 5.6V 6.2V15V27V30V75V 稳压管也是一种晶体二极管，它是利用PN结的击穿区具有稳定电压的特性来工作的。稳压管在稳压设备和一些电子电路中获得广泛的应用。我们把这种类型的二极管称为稳压管，以区别用在整流、检波和其他单向导电场合的二极管。如图画出了稳压管的伏安特性及其符号。 (1)稳定电压Uz Uz就是PN结的击穿电压，它随工作电流和温度的不同而略有变化。对于同一型号的稳压管来说，稳压值有一定的离散性。 (2)稳定电流Iz稳压管工作时的参考电流值。它通常有一定的范围，即Izmin——Izmax。 (3)动态电阻rz它是稳压管两端电压变化与电流变化的比值，如上图所示，即这个数值随工作电流的不同而改变。通常工作电流越大，动态电阻越小，稳压性能越好。
(4)电压温度系数它是用来说明稳定电压值受温度变化影响的系数。不同型号的稳压管有不同的稳定电压的温度系数，且有正负之分。稳压值低于4v的稳压管，稳定电压的温度系数为负值；稳压值高于6v的稳压管，其稳定电压的温度系数为正值；介于4V和6V之间的，可能为正，也可能为负。在要求高的场合，可以用两个温度系数相反的管子串联进行补偿(如2DW7)。 (5)额定功耗Pz前已指出，工作电流越大，动态电阻越小，稳压性能越好，但是最大工作电流受到额定功耗Pz的限制，超过P2将会使稳压管损坏。 选择稳压管时应注意：流过稳压管的电流Iz不能过大，应使Iz≤Izmax，否则会超过稳压管的允许功耗，Iz也不能太小，应使Iz≥Izmin，否则不能稳定输出电压，这样使输入电压和负载电流的变化范围都受到一定限制。下图示出了稳压管工作时的动态等效电路，图中二极管为理想二极管。
线性稳压器的基本原理 文章出处：发布时间：2009/06/18 | 2169 次阅读| 0次推荐| 0条留言 业界领先的TEMPO评估服务高分段能力，高性能贴片保险丝专为OE M设计师和工程师而设计的产品Samtec连接器完整的信号来源每天新产品时刻新体验完整的15A开关模式电源 线性稳压器主要包括普通线性稳压器和L DO（Low D ropout Regulator，低压差线性稳压器）两种类型，它们的主要区别是：普通线性稳压器（如常见的78系列三端稳压器）工作时要求输入与输出之间的压差值较大（一般要求在2～3V以上），功耗较高；而L DO工作时要求输入与输出之间的压差值较小（可以为IV以下甚至更低），功耗较低。 （1）线性稳压器基本工作原理 线性稳压器是通过输出电压反馈，经误差放大器等组成的控制电路来控制调整管的管压降VDD（即压差）来达到稳压的目的，其原理框图如图1所示。特点是VIN必须大于VOUT，调整管工作在线性区（线性稳压器从此得名）。输入电压的变动或负载电流的变化引起输出电压变动时，通过反馈及控制电路，改变V DO的大小，使输出电压VOUT基本不变。 普通线性稳压器和L D0的工作原理是一致的，不同的是，二者采用的调整管结构不同，从而使LD0比普通线性稳压器压差更小，功耗更低。 有些液晶显示器中使用的线性稳压器i设有输出控制端，也就是说，这种稳压器输出电压受控制端的控制。图2所示是可控稳压器的内部框图。 图1 线性稳压器原理框图
图2 可控稳压器的内部框图 图2中，E N（有时也用符号SHDN表示）为输出控制端，一般由微处理器加低电平（或高电平）使LD O关闭（或工作），在关闭电源状态时，电流约为1μA。 （2）线性稳压器的特点 线性稳压器具有成本低、封装小、外围器件少和噪声小的特点。线性稳压器的封装类型很多，非常适合在液晶显示器中使用。对于固定电压输出的场合，外围只需2～3个很小的电容即可构成整个电路。 超低的输出电压噪声是线性稳压器最大的优势。输出电压的纹波不到35μV（R MS），又有极高的信噪抑制比，非常适合用做对噪声敏感的小信号处理电路供电。同时，由于没有开关时大的电流变化所引发的电磁干扰（E MI），所以便于设计。 但线性稳压器的缺点是效率不高，且只能用于降压的场合。线性稳压器的效率取决于输出电压与输入电压之比η＝Vo：Vio例如，对于普通线性稳压器，在输入电压为 5V的情况下，输出电压为2.5V时，效率只有50％，也就是约有50％的电能被转化成热量流失掉了，这也是普通线性稳压器工作时易发热的主要原因：对于L DO，由于是低压差，因此效率要高得多。例如，在输入电压为3.3V的情况下，输出电压为2.5V时，效率可达76％。所以，在液晶显示器中，为了提高电能的利用率，较少采用普通线性稳压器，而多采用LD O。
霍尔元件简介及应用 霍尔元件之作用原理也就是霍尔效应，所谓霍耳效应如图1所示，系指将电流I 通至一物质，并对与电流成正角之方向施加磁场B 时，在电流与磁场两者之直角方向所产生的电位差V 之现象。此电压是在下列情况下所产生的，有磁场B 时，由于弗莱铭(Fleming)左手定则，使洛仁子力(即可使流过物质中之电子或正孔向箭头符号所示之方向弯曲的力量：(Lorentz force)发生作用，而将电子或正孔挤向固定输出端子之一面时所产生。电位差V 之大小通常决定于洛仁子力与藉所发生之电位差而将电子或正孔推回之力(亦即前者之力等于后者之力)，而且与电流I 乘以磁场B 之积成比例。比例常数为决定于物质之霍耳常数除以物质在磁场方向之厚度所得之值。 图1 霍尔组件之原理
在平板半导体介质中，电子移动（有电场）的方向，将因磁力的作用（有磁场），而改变电子行进的方向。若电场与磁场互相垂直时，其传导的载子（电子或电洞），将集中于平板的上下两边，因而形成电位差存在的现象。该电位差即霍尔电压（霍尔电压）在实际的霍尔组件中，一般使用物质中之电流载子为电子的N 型半导体材料。将一定之输入施加至霍尔组件时之输出电压，利用上述之关系予以分析时，可以获致下列的结论： (1) 材料性质与霍尔系数乘以电子移动度之积之平方根成正比。 (2) 材料之形状与厚度之平方根之倒数成正比。 由于上述关系，实际的霍尔组件中，可将霍尔系数及电子移动度大的材料加工成薄的十字形予以制成。 图2系表示3～5 端子之霍尔组件的使用方法，在三端子霍尔元件之输出可以产生输入端子电压之大致一半与输出信号电压之和的电压，而在四端子及五端子霍尔组件中，在原理上虽然可以免除输入端子电压的影响，但实际上即使在无磁场时，也有起因于组件形状之不平衡等因素之不平衡电压存在。