霍尔测量电路
霍尔传感器的工作原理
霍尔传感器的工作原理一、霍尔元件的测量电路1、基本测量电路霍尔元件的基本测量电路如下图所示。
激励电流由电压源E供给，其大小由可变电阻来调节。
▲基本测量电路2、霍尔元件的输出电路在实际应用中，要根据不同的使用要求采用不同的连接电路方式。
如在直流激励电流情况下，上图基本测量电路为了获得较大的霍尔电压，可将几块霍尔元件的输出电压串联，如下图a所示。
在交流激励电流情况下，几块霍尔元件的输出可通过变压器接成下图b所示的形式，以增加霍尔电压或输出功率。
▲霍尔元件的输出电路a）直流激励b）交流激励二、霍尔元件补偿1、霍尔元件不等位电动势及其补偿不等位电动势是一个主要的零位误差。
由于在制作霍尔元件时，不可能保证将霍尔电极焊在同一等位面上，如下图所示。
▲不等位电动势示意图因此当控制电流I流过元件时，即使磁场强度B等于零，在霍尔电极上仍有电动势存在，该电动势就称为不等位电动势。
在分析不等上图不等位电动势示意图位电动势时，把霍尔元件等效为一个电桥，如下图所示。
▲霍尔元件的等效电路电桥臂的四个电阻分别为r1、r2、r3、r4。
当两个霍尔电极在同一等位面上时，r1=r2=r3=r4，电桥平衡，这时输出电压U o等于零。
当霍尔电极不在同一等位面上时，因r3增大，r4减小，则电桥失去平衡，因此输出电压U o就不等于零。
恢复电桥平衡的办法是减小r2、r3。
在制造过程中如确知霍尔电极偏离等位面的方向，就应采用机械修磨或用化学腐蚀元件的方法来减小不等位电动势。
不等位电动势与霍尔电动势具有相同的数量级，有时甚至超过霍尔电动势，而实用中要消除不等位电动势是极其困难的，因而必须采用补偿的方法。
分析不等位电动势时，可以把霍尔元件等效为一个电桥，用分析电桥平衡来补偿不等位电动势。
几种补偿线路如下图所示。
图a、图b所示为常见的补偿电路，图b、图c相当于在等效电桥的两个桥臂上同时并联电阻，图d用于交流供电的情况。
▲不等位电动势的几种补偿线路2、霍尔元件温度补偿霍尔元件是采用半导体材料制成的，因此它们的许多参数都具有较大的温度系数。
霍尔元件的测量电路及补偿
霍尔元件的测量电路及补偿1．基本测量电路霍尔元件的基本测量电路如图4.3所示。
在图4.3所示电路中，激励电流由电源E 供给，调节可变电阻可以改变激励电流I ，R L 为输出的霍尔电势的负载电阻，它一般是显示仪表、记录装置、放大器电路的输入电阻。
由于霍尔电势建立所需要的时间极短，约为10-14~10-12s ，因此其频率响应范围较宽，可达109 Hz 以上。
图4.3霍尔元件的基本测量电路霍尔元件属于半导体材料元件，它必然对温度比较敏感，温度的变化对霍尔元件的输入、输出电阻以及霍尔电势都有明显的影响。
因此实际应用中必须进行温度补偿。
2．温度补偿的方法霍尔元件的温度补偿通常采用以下几种方法。
（1）恒流源补偿法。
温度的变化会引起内阻的变化，而内阻的变化又使激励电流发生变化以致影响到霍尔电势的输出，采用恒流源可以补偿这种影响。
（2）选择合理的负载电阻进行补偿。
在图4.3所示的电路中，当温度为T 时，负载电阻R L 上的电压为OL L H L R R R U U += （4.3） 式中，R o 为霍尔元件的输出电阻。
当温度变化时，由于受霍尔电势的温度系数α、霍尔元件输出电阻的温度系数β的影响，霍尔元件的输出电阻R o 以及霍尔电势U H 均受到影响，使得负载电阻R L 上的电压R L 产生变化。
要U L 使不受温度变化的影响，通过推导可知，R L 、α、β必须满足下式：ααβ-=O L R R （4.4） 对一个确定的霍尔元件，可查表得到α、β和R o 值，再求得R L 值，即只要合理选择R L 使温度变化时R L 上的电压U L 维持不变，这样在输出回路就实现了对温度误差的补偿。
（3）利用霍尔元件输入回路的串联电阻或并联电阻进行补偿的方法。
霍尔元件在输入回路中采用恒压源供电工作，并使霍尔电势输出端处于开路工作状态。
此时可以利用在输入回路串入电阻的方式进行温度补偿，如图4.4所示。
图4.4 串联输入电阻补偿原理 经分析可知，当串联电阻取io R R ααβ-=时，可以补偿因温度变化而带来的霍尔电势的变化，其中R io 为霍尔元件在0℃时的输入电阻。
霍尔电流采样电路
霍尔电流采样电路1. 概述霍尔电流采样电路是一种广泛应用于电子技术中的电路。
它通过将霍尔元件作为传感器，测量被测电路中通过的电流大小。
电流采样是电子技术中常见的一种操作方式，在测量和控制电路中都得到广泛应用。
2. 霍尔元件霍尔元件是利用霍尔效应测量电流大小的传感器，是一种基于半导体原理制作而成的探测器。
在一定的外磁场作用下，霍尔元件通过其本身的内在电场，形成电势差。
该电势差与外磁场大小成正比，其方向与磁场方向垂直。
通过霍尔元件测量电流大小具有很高的精度和灵敏度。
3. 电流测量原理利用霍尔元件测量电流大小，主要是通过感应电流形成的磁场来实现的。
当电流通过被测电路时，产生的磁场会作用于霍尔元件，并产生电势差。
根据霍尔元件的输出电势差大小，可以计算出被测电路中的电流值。
通常，电路中的其他元件也会对电流值的测量产生影响，因此需要进行校正和调整。
4. 霍尔电流采样电路实现为实现霍尔电流采样，需要将霍尔元件嵌入电路中，在电路中增加读取霍尔元件输出电势差的电路。
一般情况下，会采用工业标准的运放放大器、滤波器和开关电路，以保证电路的稳定性和可靠性。
5. 应用霍尔电流采样电路在电子技术领域中得到了广泛应用，包括电源管理、电动机控制和电流电压测量等领域。
它能够准确测量电路中的电流大小，在工业和实验室中得到了广泛应用。
6. 总结霍尔电流采样电路是一种基于霍尔元件的传感器设计，具有高精度和灵敏度的特点。
它是一种广泛应用于电子技术领域中的电路，可以广泛用于电源管理、电动机控制和电流电压测量等领域。
在实际应用中，需要进行校准和调整，以保证测量结果的准确性和可靠性。
霍尔检测电路
霍尔检测电路霍尔检测电路是一种常用的电子元件，它基于霍尔效应来检测磁场的存在和强度。
霍尔效应是指当电流通过一块载流子密度为n的半导体材料时，如果该材料处于磁场中，就会产生一种横向电场，这种电场称为霍尔电场。
这个现象是由美国物理学家爱德华·霍尔于1879年发现的。
霍尔检测电路主要由霍尔元件、电流源和测量电路组成。
霍尔元件是一个特殊的半导体材料，具有特殊结构，通常为长条形。
电流源将电流传递到霍尔元件中，形成载流子流动。
当载流子流动时，受到磁场的作用，会在霍尔元件的两侧产生霍尔电势差。
测量电路接收霍尔电势差并进行放大和测量，最终得到与磁场强度成正比的电压信号。
霍尔检测电路的应用非常广泛。
在工业领域，霍尔检测电路可以用来检测电机的转速、位置和方向，从而实现精确的控制。
在汽车领域，霍尔检测电路可以用来检测车速、转向角度和刹车信号。
在电子设备中，霍尔检测电路可以用来检测磁卡、磁条和磁传感器等。
此外，霍尔检测电路还被广泛应用于磁力计、磁力传感器和磁力计等领域。
霍尔检测电路的工作原理是基于霍尔效应的。
当电流通过霍尔元件时，载流子受到磁场的作用，会在霍尔元件的两侧产生霍尔电势差。
霍尔电势差的大小与磁场的强度成正比，与电流的方向和载流子的种类有关。
为了使霍尔检测电路正常工作，需要选择合适的霍尔元件、适当的电流源和合适的测量电路。
在选择霍尔元件时，需要考虑其灵敏度、线性度、响应时间和工作温度范围等因素。
通常，霍尔元件的灵敏度越高，对磁场的检测越敏感。
线性度是指霍尔元件输出电压与磁场强度的关系是否符合线性关系。
响应时间是指霍尔元件从受到磁场作用到输出电压稳定所需的时间。
工作温度范围则是指霍尔元件能够正常工作的温度范围。
在设计电流源时，需要考虑电流的大小和方向。
电流的大小应根据霍尔元件的要求来确定。
电流的方向则决定了霍尔电势差的极性，从而影响了测量电路的设计。
测量电路的设计主要包括放大和滤波。
放大电路用于放大霍尔电势差，以便得到足够大的电压信号。
霍尔传感器位移测量电路的设计
目录第一章虚拟仪器课程设计的意义及任务 (2)1.1课程设计的意义 (2)1.2 课程设计任务说明 (2)第二章关于虚拟仪器和Labview (2)2.1 虚拟仪器简介 (2)2.2 Labview概述 (3)2.2.1 Labview的发展历程 (3)2.2.2 什么是VI？ (3)2.2.3 Labview的操作面板 (3)第三章霍尔传感器位移测量电路的设计 (5)3.1 设计要求 (5)3.2测量电路原理与设计 (5)3.2.1 模型的建立 (5)3.2.2 放大电路设计 (6)第四章对电路仿真分析 (7)4.1 交流分析 (7)4.2 傅里叶分析 (8)4.3 直流扫描分析 (8)4.4 传递函数分析 (9)4.5 参数扫描分析 (9)第五章LabVIEW显示模块设计 (10)5.1 位移测量子程序的设计 (10)5.2 接口电路的设计与编译 (11)第六章总结 (15)第一章虚拟仪器课程设计的意义及任务1.1课程设计的意义虚拟仪器是随着计算机技术、电子测量技术和通信技术发展起来的一种新型仪器。
在国外，虚拟仪器技术已经比较熟了，由于其很强的灵活性，使得该技术非常适用于现代复杂的测试测量系统中。
近几年，虚拟仪器技术在国内的发展势也越来越受到重视。
成熟的虚拟仪器技术由三大部分组成：高效的软件编程环境、模块化仪器和一个支持模块化I/O集成的开放的硬件构架，该课程设计的目的就是，通过一些功能简单的仪表系统的设计，要在这三个方面上有更深一步的了解。
1.2 课程设计任务说明用霍尔传感器设计一个量程范围为-0.6mm～0.6mm的位移测量仪。
霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器。
当霍尔元件作线性测量时，最好选用灵敏度低一点、不等位电位小、稳定性和线性度优良的霍尔元件。
当物体在一对相对的磁铁中水平运动时，在一定的范围内，磁场的大小随位移的变化而发生线性变化，利用此原理可制成位移测量器。
通过本设计，要掌握以下内容：1）了解霍尔传感器测量位移的原理；2）掌握霍尔元件的测量电路；3）熟悉Labview 虚拟仪器向Multisim 10.0的导入方法；4）测量电路硬件实现后，当输出模拟信号，会用数据采集卡进行采集；5）掌握采集后的信号在LabVIEW中的处理，实现位移值的显示；6）了解分别采用软件仿真和实际硬件电路时，在LabVIEW中编程与处理的不同。
霍尔元件的测量电路及补偿.
霍尔元件的测量电路及补偿1．基本测量电路霍尔元件的基本测量电路如图4.3所示。
在图4.3所示电路中，激励电流由电源E 供给，调节可变电阻可以改变激励电流I ，R L 为输出的霍尔电势的负载电阻，它一般是显示仪表、记录装置、放大器电路的输入电阻。
由于霍尔电势建立所需要的时间极短，约为10-14~10-12s ，因此其频率响应范围较宽，可达109 Hz 以上。
图4.3霍尔元件的基本测量电路霍尔元件属于半导体材料元件，它必然对温度比较敏感，温度的变化对霍尔元件的输入、输出电阻以及霍尔电势都有明显的影响。
因此实际应用中必须进行温度补偿。
2．温度补偿的方法霍尔元件的温度补偿通常采用以下几种方法。
（1）恒流源补偿法。
温度的变化会引起内阻的变化，而内阻的变化又使激励电流发生变化以致影响到霍尔电势的输出，采用恒流源可以补偿这种影响。
（2）选择合理的负载电阻进行补偿。
在图4.3所示的电路中，当温度为T 时，负载电阻R L 上的电压为OL L H L R R R U U += （4.3） 式中，R o 为霍尔元件的输出电阻。
当温度变化时，由于受霍尔电势的温度系数α、霍尔元件输出电阻的温度系数β的影响，霍尔元件的输出电阻R o 以及霍尔电势U H 均受到影响，使得负载电阻R L 上的电压R L 产生变化。
要U L 使不受温度变化的影响，通过推导可知，R L 、α、β必须满足下式：ααβ-=O L R R （4.4） 对一个确定的霍尔元件，可查表得到α、β和R o 值，再求得R L 值，即只要合理选择R L 使温度变化时R L 上的电压U L 维持不变，这样在输出回路就实现了对温度误差的补偿。
（3）利用霍尔元件输入回路的串联电阻或并联电阻进行补偿的方法。
霍尔元件在输入回路中采用恒压源供电工作，并使霍尔电势输出端处于开路工作状态。
此时可以利用在输入回路串入电阻的方式进行温度补偿，如图4.4所示。
图4.4 串联输入电阻补偿原理 经分析可知，当串联电阻取io R R ααβ-=时，可以补偿因温度变化而带来的霍尔电势的变化，其中R io 为霍尔元件在0℃时的输入电阻。
霍尔传感器测电流，电压，功率
功率放大器简介利用三极的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。
因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流(或电压)是原先的β倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。
经过不断的电流及电压放大，就完成了功率放大。
功率放大器原理////////////////////////////////////////////////////电参量的测量方法1电压、电流信号的测量电流的测量可采用磁平衡式霍尔电流传感器（亦称为零磁通式霍尔传感器）。
如图3所示。
当被测电流I IN流过原边回路时，在导线周围产生磁场H IN这个磁场被聚磁环聚集，并感应给霍尔器件，使其有一个信号U H输出；这一信号经放大器A 放大，输人到功率放大器中Q1，Q2中，这时相应的功率管导通，从而获得一个补偿电流I O；由于此电流通过多匝绕组所产生的磁场H O与原边回路电流所产生的磁场H IN相反；因而补偿了原来的磁场，使霍尔器件的输出电压U H逐渐减小，最后当I O与匝数相乘N2I O所产生的磁场与原边N1I IN所产生的磁场相等时，I O不再增加，这时霍尔器件就达到零磁通检测作用。
这一平衡所建立的时间在1μs之内，这是一个动态平衡过程，即原边回路电流I IN的任何变化均会破坏这一平衡的磁场，一旦磁场失去平衡，就有信号输出，经过放大后，立即有相应的电流流过副边线圈进行补偿。
因此从宏观上看副边补偿电流的安匝数在任何时间都与原边电流的安匝数保持相等，即N1I IN=N2I O，所以I IN=N2I O／N1 (I IN为被测电流，即磁芯中初级绕组中的电流，N1为初级绕组的匝数；I O为补偿绕组中的电流；N2为补偿绕组的匝数)。
霍尔传感器的测量电路原理
霍尔传感器的测量电路原理霍尔传感器是一种利用霍尔效应进行测量的传感器。
霍尔效应是指当磁场与通过有电流的导体垂直时，会在导体两侧产生电势差的现象。
霍尔传感器利用这种电势差来测量磁场的强度。
霍尔传感器的测量电路主要由霍尔元件、电流源和信号处理电路组成。
首先是霍尔元件，它是整个测量电路的核心部分，通常是一块薄薄的半导体晶片。
霍尔元件中有一个主要的活动区域，也就是霍尔平面，平行于元件表面，一般也是矩形的。
在霍尔平面内，有一个连续的电子气带。
当通过霍尔平面的电流受到垂直磁场影响时，电子将受到洛伦兹力的作用，使得电子在平面内形成一个电势差，这就是霍尔效应。
接下来是电流源，它主要用于提供通过霍尔元件的电流。
电流源通常是一个恒定电流源，可以保持通过霍尔元件的电流稳定。
这样就能确保在有磁场作用下得到相应的电势差信号。
最后是信号处理电路，它负责将霍尔元件输出的电势差信号进行放大和处理，最终输出一个与磁场强度相关的电压或电流信号。
信号处理电路通常包括放大电路、滤波电路和线性化电路等。
放大电路用于放大霍尔元件输出的微弱电势差信号，以保证它能够被后续的电路准确测量。
滤波电路则用于去除高频噪声，提高信号的稳定性和准确度。
线性化电路则用于使得输出信号与磁场强度之间保持线性关系，以便更容易进行准确的测量。
总结起来，霍尔传感器的测量电路原理可以概括为：通过电流源，将恒定电流引入霍尔元件，当磁场作用于霍尔元件时，通过霍尔效应产生电势差信号。
这个信号经过信号处理电路的放大、滤波和线性化处理后，最终输出与磁场强度相关的电压或电流信号。
霍尔传感器广泛应用于各个领域，如电动机控制、汽车电子、磁记录、磁传感、磁卡读写、地磁测量等。
它具有灵敏度高、响应速度快、体积小、功耗低等特点，成为现代电子设备中不可或缺的重要元件。
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3）霍尔元件
金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流 流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生 电动势，这种物理现象称为霍尔效应。
z y
I B
A
D
Cd
lB
b
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x
UH
A、B-霍尔电极 C、D-控制电极
设图中的材料是Ｎ型半导体，导电的载流子
1
U Hm 2bB 2AT / d
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霍尔元件的组成：由霍尔片、四根引线和壳 体组成，如下图示。
3、霍尔传感器的应用
1）测位移
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2）测转角
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3）测转角或转速
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1）概述：
霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器， 得到广泛的应用。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。
2）特点：
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，耐震动，不怕灰尘、油污、 水汽及盐雾等的污染或腐蚀。
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叶片和齿轮位置传感器
案例：汽车速度测量:
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4、测量原理
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+
-
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2）LM393
1
是电子。在ｚ轴方向的磁场作用下，电子将受
到一个沿ｙ轴负方向力的作用，这个力就是洛
仑兹力。它的大小为：
FL=qvB
通过以上分析可知：
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1）霍尔电压UH与材料的性质有关，霍尔元 件一般采用N型半导体材料。
2）霍尔电压UH与元件的尺寸有关。
d 愈小，KH 愈大，霍尔灵敏度愈高，所 以霍尔元件的厚度都比较薄，但d太小， 会使元件的输入、输出电阻增加。
2
3 -VCC 4
8 +VCC 7
6
5
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小结：
本次训练主要讲解了霍尔传感 器的结构原理，介绍了霍尔传感器 的选择应用，进行测速电路的设计 与制作，进行速度的测量，同学们 课后要重视查找相关资料，注重知 识的积累。
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思考题
1. 什么是霍尔效应？ 2. 为什么导体材料和绝缘体材料均不 宜做成霍尔元件？ 3. 为什么霍尔元件一般采用N型半导体 材料？ 4. 霍尔灵敏度与霍尔元件厚度之间有 什么关系？ 5. 什么是霍尔元件的温度特性？如何 进行补偿？ 6. 集成霍尔传感器有什么特点？
霍尔电压UH与控制电流及磁场强度有关。
控制电流恒定时愈大愈大。当磁场改变 方向时，也改变方向。
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2、霍尔元件
霍尔电压UH正比于控制电流和磁感应强度。 在实际应用中，总是希望获得较大的霍尔电压。
通过霍尔元件的最大允许控制电流为
Icm b 2AdT /
霍尔元件在最大允许温升下的最大开路 霍尔电压：
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项目八：霍尔转速仪测量电路的设计制作
目标要求 1、掌握霍尔传感器的特点和用途； 2、学会霍尔传感器测量电路的设计； 3、掌握选用这类传感器的方法和要点； 4、进一步提高锡焊技能； 5、进一步提高检测电路调试能力；
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1、霍尔传感器的工作原理