八霍尔传感器

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1、 LOGO第八章 霍尔传感器 霍尔型传感器是磁电转换的一种传感器。1879年霍尔在金属材料中发现的，已有一百多年的历史，由于霍尔效应在金属中非常微弱，只是在大学的教科书中作为一种理论而存在，并未付诸实际应用。直到100多年以后，大约到上世纪四十年代后期，半导体工艺的成熟，科学家利用半导体工艺重新试验霍尔效应，结果发现：半导体工艺（P或N型）都可以再现霍尔效应现象，并金属霍尔元件的公式半导体霍尔元件可得到同样的结论，而且N型半导体尤其明显。使霍尔效应得到广泛的应用。我国大约到上世纪七十年代开始研究霍尔元件，已能生产各种性能霍尔元件， 例如：普通型、高 型、 型、 磁性 开 型 。 一 霍尔元件

2、的工作 理 性金属或半导体 于磁感应 为 的磁 中，磁 直于 ， 有电 ，在 直于电 磁 的 上 产生电 ， 种现象霍尔效应。如。霍尔效应 理 霍尔效应产生的电 霍尔电 ，大currency1电 磁感应 的“成例。半导体 霍尔 或fi霍尔元件。 在磁 B中fl 的电 到LorentzfLfL=evB 转, 的霍尔电 EH后的fl 电 一电 fE fE=eEH=eUH /b ” ， fL = fE，evB= eUH /b由于电 J=-nev(v为电 fl )，电 为I=-nevbd 以式中，d霍尔 n电 RH=1/ne霍尔 KH=RH/d=1/ned霍尔 。式evB= e UH /b，霍尔电UH

3、 的fl v有 ， 的有 。由于= v/El(El为电 上的电 )，材料的电 =1/ne，以霍尔 RH体材料的电 的的 为RH=金属导体：大，（n大） 体：大（n）， 都作霍尔元件(RH )。半导体：、 中 作霍尔元件。霍尔电UH 元件的 有 ： KH=1/nedd ，一 d=0.01mm b大，或 （l/b） ， 使UH ，应以式中，f(l/b) 效应 ，如 9-2。一 l/b=22.5，f(l/b)1，。霍尔元件 a) 理 b)结 c) d) 霍尔元件 1. 电 Ri 电 Ro Ri Ro，Ri、Ro=1002000。 2.currency1电 Ic使霍尔元件在 中产生10C 的 cur

4、rency1电 Ic=( 十)mA。 3. 电 U0 电 R0 霍尔元件在currency1电 作用， 磁 其霍尔 电 间的电 为 电 U0， 是由于两电 在同 一 面上以 材料电 均匀 因素引起的，一 U0 10mV。 效为 为电 R0= U0 /Ic。 4. KH 在单 磁感 ，通以单 currency1电 产生的开路 霍尔电（mV/mAT或mV/mAkGs）。 5.寄生直 电 UoD 在 磁 ，交 currency1电 通 霍尔元件而在霍尔 电 间产生的直 电 为寄生直 电 UoD。 是由 于电 霍尔 间的非完全欧姆接触产生的整 效应造 成的。 6.霍尔电 为 变化1C ，霍尔电 变化的

5、百分（%/C）。 7.电 为 变化1C ，霍尔元件电 变化的百分（%/C） 8. 为 变化1C ，霍尔元件 的变化。 9.线性 基本误差 其补偿 误差 其补偿 变化，导致霍尔元件内 （Ri、Ro) 霍尔 （KH） 变化，给 量带来一误差， 误差。为 误差，需采 补偿措。 1.采用恒 源供电 回路并联电 变化引起霍尔元件 电 Ri变化，在稳源供电 ，使currency1电 变化，带来误差。为 种误差，最 采用恒 源(稳 0.1%)提供currency1电 。 KH也是 的函 ，因此采用恒 源后仍有 误差。为进一步提高UH的 稳性，于具有 的霍尔元件，可在其 回路并联电 R，如。 恒 源 并联电

6、补偿电路由补偿电路，在 t0 t (9-8)(9-9)(9-10)(9-11)影响完全补偿 ，UH0=UHt，(9-12) 式(9-8)式(9-11)代 式(9-12)，可得 (9-13,14) 2选取合适的负载电阻RL 霍尔元件的输出电阻R。和霍尔电势都是温度的函数(设为正温度系数)，霍尔元件应用时，其输出总要接负载RL(如电压表内阻或放大器的输入阻抗等)。当工作温度改变时，输出电阻R。的变化必然会引起负载上输出电势的变化。RL上的电压为式中，Ro0 为t0 霍尔元件的 电 。 使负电UL 变化，3.采用恒压源和输入回路串联电阻 霍尔元件采用稳源供电，且霍尔 开路 态工作 ，可在 回路中串人

7、 电 来补偿 误差，其分析 程结果同式温度误差及其补偿 误差产生 因： 霍尔元件的基 是半导体材料，因而 的变化很 感。其 、电 霍尔 都是 的函 。 变化 ，霍尔元件的一些 性 ，如霍尔电 、 电 电 都 发生变化，而使霍尔式传感器产生 误差。 霍尔元件的 误差 选用 的元件采用恒 措采用恒 源供电 恒 源 补偿 霍尔元件的 也是 的函 ， 的变化引起霍尔电 的变化，霍尔元件的 的 KH0 为 T0 的KH值 变化量 霍尔电 的 。 大多 霍尔元件的 是值 ，的霍尔电 的 高而增（1+t）倍。同 ，让currency1电 I相应地 ，能保持KHI变抵消 值增的影响。 恒 源 补偿电路 霍尔元

8、件的 电 高而增 ，旁路分 电 自 地 分 ， 少霍尔元件的currency1电 currency1电 到T ，电路中各 变为 为T0 霍尔元件 电 分 电 。 为使霍尔电 变，补偿电路必须满:前、后的霍尔电 变， 经整理，忽略 高次项后得 霍尔元件选后，的 电 霍尔电 可以元件 中查到（ 可以 量来），用上式可计算分 电 需的分电 值。 二 霍尔集成电路 霍尔元件 其放大电路、 补偿电路 稳电源 集成在一个芯 上 成独 器件集成霍尔器件，仅 紧凑便于使用，而且有利于 误差，改善稳性。根据功能的同，集成霍尔器件分为霍尔线性集成器件 霍尔开 集成器件两类。霍尔集成元件是霍尔元件集成fl放一体化的

9、结 ，是一种传感器模块。可分为线性 型 开 型两大类。线性 型是 霍尔元件 恒 源、线性放大器 做在一个芯 上， 电较高，使用非常 便，已得到广泛的应用。较典型的线性霍尔器件如UGN3501 。而开 型是 霍尔元件、稳电路、放大器、 触发器、OC门 电路做在同一个芯上。 磁 超 规的工作点 ，OC门由高电 态变为到通 态， 变为 电”， 磁 于释放点 ，OC门重新变为高电 态， 高电”。较典型的开 型霍尔器件如UGN3020 。开 型霍尔集成元件微型计算机 字电路兼容，因此，应用相 广泛。 集成霍尔器件线性集成霍尔器件 性 (a) (b) 线性集成霍尔器件(a) (b)内部电路框集成霍尔器件(

10、a) (b)开 型集成霍尔器件(a) (b)内部电路框开 型线性集成霍尔器件的 性集成霍尔器件(a) (b)差 线性集成霍尔器件(a) (b)内部电路框差 线性集成霍尔器件 性 1霍尔线性集成器件 霍尔线性集成器件的输出电压与外加磁场强度在一定范围内呈线性关系，它有单端输出和双端输出(差动输出)两种电路。其内部结构如图所示。霍尔线性集成器件(a)单端 (UGN3501T) (b)差 (UGN3501M) UGN3501T的电源电压与相对灵敏度的特性如图所示，由图可知Ucc高时，输出灵敏度高。UGN3501T的温度与相对灵敏度的特性如图所示，随着温度的升高，其灵敏度下降。因此，若要提高测量精度

11、，需在电路中 加温度补偿 。 Ucc相 相 UGN3501T的磁场强度与输出电压特性如图所示，由图可 ，在0.15T磁场强度范围内，有的线性度， 出此范围时呈 和 。UGN3501的 与输出电压特性如图所示，由图可 ，输出电压与 是线性关系。 磁 电 间隙 电 UGN3501M为差 ， 磁 成线性。UGN3501M的1、8两脚 磁 的 有 ， 磁 的 相 ，其 的 性也相 ，如。UGN3501M的 磁 UGN3501M的5 6 7 接一 电 器时，可 补偿 等 电势， 可改 线性， 灵敏度有所下降。若 一定的 等 电势输出， 可 接电 器。输出特性如图所示。UGN3501M 磁 www.ppt