第8章 霍尔传感器

当UGN3501M感受的磁场为零时，调节5、6、7之间的调零电位器，可使第1引脚相对于第8引脚的输出电压等于零。
二、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。
线性型集成电路是将霍尔元件和恒流源、线性差动放大器等做在一个芯片上，输出电压为伏级，比直接使用霍尔元件方便得多。较典型的线性型霍尔器件如UGN3501等。
c
d
b
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。
输入电阻Ri 是指霍尔元件两激励电流端的直流电阻。数值从几十欧到几百欧。当使用电流源激励时，原件温度会升高，输入电阻会变小，从而使输入电流变大，并引起霍尔电动势变大，产生测量误差。为减小温漂，最好使用恒流源作为激励源。
开关型霍尔集成电路的外形及内部电路
OC门 施密特触发电路 双端输入、 单端输出运放 霍尔 元件 Vc
开关型霍尔集成电路（OC门输出）的接线
开始接线
接线完毕
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。
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）？
1
2
霍尔电势是关于I、B、 三个变量的函数，即： EH=KHIBcos 。
01
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。这使得霍尔传感器可以有许多用途。
02
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。
03
三、霍尔传感器的应用

第8 章 磁电式传感器
常 用 国 产 霍 尔 元 件 的 技 术 参 数
第8 章 磁电式传感器
三、霍尔元件测量电路和输出电路
1、基本测量电路
IH
I
B
RL
R E
图中控制电流I由电源E
供给,R为调节电阻,保
证器件内所需控制电
流I。霍尔输出端接负
载 UH或
RL,RL可是一般电阻 放大器的输入电阻、
或表头内阻等。磁场B
r区
P
I
N
+
-
第8 章 磁电式传感器
2、工作原理
（1）当磁敏二极管未受到外界磁场作用时，外加正偏 压，则有大量的空穴从P区通过I区进入N区，同时也有 大量的电子注入P区。形成电流。只有少量电子和空穴 在I区复合。
复合区
空穴
电子
P
N
→→→ I ←←←
H=0
第8 章 磁电式传感器
（2）当磁敏二极管受到外界磁场H+作用时 电子、空穴受到洛仑兹力作用而向r区偏移，由于r区的 电子、空穴复合率比光滑面I区快，因此形成的电流因 复合速度而减小。
B 0 1 0.273 2B2
B 0 0.273 2B2
0
0
Ｂ——为磁感应强度； ρB——材料在磁感应强度为Ｂ时的电阻率； ρ0 ——材料在磁感应强度为0时的电阻率； μ——载流子的迁移率。
第8 章 磁电式传感器
二、磁敏二极管 1、结构
简写为SMD。磁敏二极管的P型和N型电极由高阻材料 制成，在P、N之间有一个较长的本征区I，本征区I的 一面磨成光滑的复合表面（为I区），另一面打毛，设 置成高复合区（为r区），其目的是因为电子-空穴对 易于在粗糙表面符合尔消失。当通以正向电流后就会 在P、I、N结之间形成电流。磁敏二极管是PIN型。

1.开关型集成块 主要由霍尔元件,放大器,
施密特触发器,输出电路所 构成。 放大器采用差分式，利于
抗干扰； 施密特触发器是常用的限位
电平翻转的电路； 输出电路采用集电极开路方式(2,
3脚）。
2.线性集成块
放大器采用三运放组成精密电桥放大器，具有强大的抗干扰 能力。考虑到需要线性输出，有的器件内部安排了线性补偿电路。
角位移
3
2
1
7—14 角位移测量仪结构示意图
1—极靴 2—霍尔器件 3—励磁线圈
角度和电势变化正比，但不是线性，必须采用特定形状的磁极
位移
在磁场强度相同而极性相反的两个磁铁气隙中放置一 个霍尔元件。当元件的控制电流I恒定不变时，霍尔电 势方V 向H的与变磁化感梯应度强d度B dBx成为正一比常。数若则磁当场霍在尔一元定件范沿围x内方沿向x 移动时，VH 的变化为:
三.霍尔片的电路补偿
1.不等位电势的补偿:
不对称电路简单，而对称补偿的温度稳定性要好些
2.温度补偿
霍尔元件一般为半导体材料制成,许多参数都会受到温度的影响.例如迁移率、电 阻率都受到温度变化而明显变化。由此引起灵敏度,输入电阻,输出电阻都发 生相应变化.为了保证测量精度,有必要采取补偿措施。
（1）恒流源分压电阻法:
霍尔元件是半导体四端薄片，一般做成正方形，在薄片的相对两侧对称的悍上两对电极 引出线（一对称激励电流端，另一对称霍尔电势输出端）
霍尔元件实测
演示视频
二、霍尔片的主要技术指标
1.额定激励电流IH:
霍尔元件温升10C所焦耳热W.
Wj
I 2R
I 2
的测量以及自动控制。归纳起来，霍尔传感器主要有下列三 个方面的用途：
①维持I、a不变，则E=f(B)，在这方面的应用有：测量

第八章霍尔传感器第二讲霍尔集成传感器和霍尔传感器的应用教学目的要求：1.理解霍尔开关和霍尔线性集成传感器的原理和结构。

2.理解霍尔传感器的实际应用。

教学重点：霍尔传感器的实际应用教学难点：霍尔开关和霍尔线性集成传感器的原理教学学时：2学时教学内容：一、霍尔集成传感器1.霍尔开关集成传感器1）．工作原理霍尔开关集成传感器是以硅为材料，利用平面工艺制造而成的。

由于N型硅的外延层（3）整形电路：一般采用施密特触发器，它把经差分放大的电压整形为矩形脉冲，实现A/D转换。

（4）输出管：由一个或两个三极管组成，采用单管或双管集电极开路输出，集电极输出的优点是可以跟很多类型的电路直接连接，使用方便。

（5）电源电路：包括稳压电路和恒流电路，设置稳压和恒流电路的目的，一方面是为了改善霍尔传感器的温度性能，另一方面可以大大提高集成霍尔传感器工作电源电压的适用范围。

2）．霍尔开关集成传感器的特性（1）磁特性霍尔开关集成传感器的磁特性是指由高电平翻转为低电平的导通磁感应强度B（H→。

L）、由低电平翻转为高电平的截止磁感应强度B（L→H）和磁感应强度的滞环宽度B 滞环宽度对霍尔开关集成传感器是必需的：（2输出高电平导通电源电流I CCL等参数。

2. 霍尔线性集成传感器线性集成霍尔传感器是将霍尔器件、放大电路、电压调整电路、电流放大输出级、失U随外加磁感应强度B呈调调整和线性度调整部分集成在一块芯片上，其特点是输出电压o线性变化。

霍尔线性集成传感器分单端输出和双端输出两种，它们的结构如图8-12（a）、（b）所示。

二、 霍尔传感器的应用由于霍尔传感器具有在静态状态下感受磁场的独特能力，而且它具有结构简单、体积小、重量轻、频带宽（从直流到微波）、动态特性好和寿命长、无触点等许多优点，因此在测量技术，自动化技术和信息处理等方面有着广泛应用。

归纳起来，霍尔传感器有三个方面的用途：（1）当控制电流不变时，使传感器处于非均匀磁场中，则传感器的霍尔电势正比于磁感应强度，利用这一关系可反映位置、角度或励磁电流的变化。