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2020/4/29,1,第九章霍爾傳感器,本章主要學習霍爾傳感器的工作原理、霍爾集成電路的特性及其在檢測技術中的應用，還涉及磁場測量技術。,霍爾元件是一種四端元件,2020/4/29,2,第一節(jié)霍爾元件的結構及工作原理,半導體薄片置于磁感應強度為B的磁場中，磁場方向垂直于薄片，當有電流I流過薄片時，在垂直于電流和磁場的方向上將產生電動勢EH，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應。,磁感應強度B為零時的情況,c,d,a,b,2020/4/29,3,磁感應強度B較大時的情況,作用在半導體薄片上的磁場強度B越強，霍爾電勢也就越高。霍爾電勢EH可用下式表示：EH=KHIB,2020/4/29,4,霍爾效應演示,當磁場垂直于薄片時，電子受到洛侖茲力的作用，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。,c,d,a,b,2020/4/29,5,磁場不垂直于霍爾元件時的霍爾電動勢,若磁感應強度B不垂直于霍爾元件，而是與其法線成某一角度?時，實際上作用于霍爾元件上的有效磁感應強度是其法線方向（與薄片垂直的方向）的分量，即Bcos?，這時的霍爾電勢為EH=KHIBcos?,結論：霍爾電勢與輸入電流I、磁感應強度B成正比，且當B的方向改變時，霍爾電勢的方向也隨之改變。如果所施加的磁場為交變磁場，則霍爾電勢為同頻率的交變電勢。,2020/4/29,6,霍爾元件的主要外特性參數,最大磁感應強度BM,上圖所示霍爾元件的線性范圍是負的多少高斯至正的多少高斯？,,線性區(qū),2020/4/29,7,霍爾元件的主要外特性參數（續(xù)）,最大激勵電流IM:,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。但激勵電流增大，霍爾元件的功耗增大，元件的溫度升高，從而引起霍爾電勢的溫漂增大，因此每種型號的元件均規(guī)定了相應的最大激勵電流，它的數值從幾毫安至十幾毫安。,以下哪一個激勵電流的數值較為妥當？5μA0.1mA2mA80mA,2020/4/29,8,第二節(jié)霍爾集成電路,霍爾集成電路可分為線性型和開關型兩大類。,線性型集成電路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，輸出電壓為伏級，比直接使用霍爾元件方便得多。較典型的線性型霍爾器件如UGN3501等。,線性型三端霍爾集成電路,2020/4/29,9,線性型霍爾特性,右圖示出了具有雙端差動輸出特性的線性霍爾器件的輸出特性曲線。當磁場為零時，它的輸出電壓等于零；當感受的磁場為正向（磁鋼的S極對準霍爾器件的正面）時，輸出為正；磁場反向時，輸出為負。,請畫出線性范圍,2020/4/29,10,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)榈碗娖剑划斖饧哟艌鰪姸鹊陀卺尫劈c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。,2020/4/29,11,開關型霍爾集成電路的外形及內部電路,OC門,施密特觸發(fā)電路,雙端輸入、單端輸出運放,霍爾元件,.,Vcc,2020/4/29,12,開關型霍爾集成電路（OC門輸出）的接線,請按以下電路，將下一頁中的有關元件連接起來.,開關型霍爾集成電路與繼電器的接線,,,,,,,?,2020/4/29,14,開關型霍爾集成電路的史密特輸出特性,回差越大，抗振動干擾能力就越強。,當磁鐵從遠到近地接近霍爾IC，到多少特斯拉時輸出翻轉？當磁鐵從近到遠地遠離霍爾IC，到多少特斯拉時輸出再次翻轉？回差為多少特斯拉？,,,2020/4/29,15,,出去活動一下,