霍尔元件的结构及工作原理__霍尔集成电路复习课程
8霍尔传感器讲解
霍尔元件
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霍尔转速表
在被测转速的转轴上安装一个齿盘，也可选取机
械系统中的一个齿轮，将线性型霍尔器件及磁路系统
靠近齿盘。齿盘的转动使磁路的磁阻随气隙的改变而
周期性地变化，霍尔器件输出的微小脉冲信号经隔直、
放大、整形后可以确定被测物的转速。
n 60
f
线性霍尔
22
NS
磁铁
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第八章 霍尔传感器
本章主要学习霍尔传感器 的工作原理、霍尔集成电路的特 性及其在检测技术中的应用，还 涉及磁场测量技术。
霍尔元件是 一种四端元件
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第一节 霍尔元件的结构及工作原理
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EH，这种现象称为霍尔效应。
以下哪一个激励电流的数值较为妥当？
5μA 0.1mA 2mA 80mA
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第二节 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。
5-霍尔集成电路（PNP型霍尔IC）
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霍尔式无触点汽车电子点火装置(续）
当叶片遮挡在霍尔IC面前时，PNP型霍尔IC的输出为低电平， 晶体管功率开关处于导通状态，点火线圈低压侧有较大电流通
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开关型霍尔集成电路 的外形及内部电路
Vcc
霍尔 元件
3144霍尔元件工作原理
3144霍尔元件工作原理3144霍尔元件是一种基于霍尔效应工作的电子元件，它的工作原理是利用外加磁场对电流的影响，实现电流的检测和控制。
本文将详细介绍3144霍尔元件的工作原理及其在实际应用中的作用。
一、霍尔效应简介霍尔效应是指当电流通过导体时，如果该导体处于垂直磁场中，那么在导体两侧会产生一种电压差，这种现象被称为霍尔效应。
霍尔效应的原理是基于洛伦兹力和电荷载流子的相互作用，当电荷载流子受到磁场力的作用时，会在导体中产生电荷分布不均，从而形成电压差。
二、3144霍尔元件的结构和特点3144霍尔元件通常由霍尔片、电流传感器和输出放大器等组成。
其中，霍尔片是核心部件，它由半导体材料制成，具有高灵敏度和稳定性。
电流传感器用于感应电流信号，输出放大器用于放大电流信号并进行处理。
3144霍尔元件的特点是体积小、功耗低、响应速度快、精度高以及可靠性强。
它能够在较宽的温度范围内正常工作，并且对温度变化的影响较小。
此外，3144霍尔元件还具有较高的抗干扰能力和较长的使用寿命。
三、3144霍尔元件的工作原理3144霍尔元件的工作原理是基于霍尔效应，在外加磁场的作用下，电流通过霍尔片时，会在霍尔片两侧产生电压差。
具体而言，当电流方向与磁场方向垂直时，正电荷受到向上的洛伦兹力的作用，电子受到向下的洛伦兹力的作用，从而导致电荷分布不均，形成电压差。
根据洛伦兹力的方向，可以确定电压差的极性。
3144霍尔元件的输出电压与外加磁场的强度和电流的大小成正比。
当磁场强度或电流增大时，输出电压也会相应增大。
此外，电流的正负方向也会影响输出电压的极性。
四、3144霍尔元件的应用3144霍尔元件广泛应用于工业自动化控制、电力电子、仪器仪表等领域。
具体应用包括以下几个方面：1. 电流检测：通过测量霍尔元件的输出电压，可以实时监测电流的变化，并进行控制。
比如在电力系统中，可以用于电流的保护和监测。
2. 位置检测：利用霍尔元件对磁场的敏感性，可以实现位置的检测。
霍尔传感器结构与原理
4 . 应用分析
霍尔传感器的应用实训——霍尔测速系统调试与应用
THANK YOU
课程内容 Course Contents
1. 基础知识 2. 基本特性 3. 霍尔传感器
4. 应用分析
2. 基本特性
霍尔元件特点
霍尔器件结构简单，性能优良，能检测从10-7T~25T的磁场， 有效工作容积小（可达1μm x1 μ m x 1 μm），空间分辨率和时间分 辩率极高。
2. 基本特性
4. 应用分析
4 . 应用分析
霍尔传感器的应用
位移测量
结构
输出特性
4 . 应用分析
霍尔传感器的应用
力（压力）测量
如图所示，刚力F作用在悬臂梁上时，梁将发生变形，霍尔元件将 有与力成正比的电压输出，通过测试电压即可测出力的大小。力与电压 输出有一些非线性时，可采用电路或单片机软件来补偿。
4 . 应用分析
霍尔元件只是根据霍尔效应集成的一个敏感元件，是复合材料；它具有
对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用 寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到 广泛的应用。
3. 霍尔传感器
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
线性型霍尔传感器 霍尔传感器
开关型霍尔传感器
3. 霍尔传感器
霍尔传感器种类
线性型霍尔传感器
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。 输出电压与外加磁场强度呈线性关系，在B1~B2的磁感应强度范围内有较好的线性度， 磁感应强度超出此范围时则呈现饱和状态。
霍尔效应原理图 PPT课件
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第二节 霍尔元件的基本结构和 主要技术指标
一、霍尔元件的基本结构组成
由霍尔片、四根引线和壳体组成，如下图示。
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❖ 国产霍尔元件型号的命名方法
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二、主要技术指标
1、额定控制电流IC和最大控制电流ICm ❖ 霍尔元件在空气中产生10℃的温升时所施加
式中EH为霍尔电场，e 为电子电量，UH为霍尔 电势。当FL = FE时，电 子的积累达到动平衡， 即
所以
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I B
A FE
D
FL
B
C
dL
l
UH
A、B- 霍尔电极 C、D-控制电极
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设流过霍尔元件的 电流为 I 时，
式中ld为与电流方 向垂直的截面积，n 为 单位体积内自由电子数 (载流子浓度)。则
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理想情况下，不等位电 势 UM=0 ， 对 应 于 电 桥 的 平 衡 状态，此时R1＝R2＝R3＝R4。
如果霍尔元件的UM≠0， 则电桥就处于不平衡状态， 此时R1、R2、R3、R4的阻值有 差 异 ， UM 就 是 电 桥 的 不 平 衡 输出电压。
只要能使电桥达到平衡
的方法都可作为不等位电势 的补偿方法。
针对温度变化导致内阻(输入、输出电阻) 的变化，可以采用对输入或输出电路的电阻进 行补偿。
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合理选择负载电阻
❖ 如上图所示，若霍尔电势输出端接负载电阻RL， 则当温度为T时，RL上的电压可表示为：
UL
UH
RL RL R0
式中
第七章霍尔
第二节
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。
一、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，输出电压为伏特 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。
线性型三端 霍尔集成电路
霍尔线性集成传感器的输出电压与 外加磁场呈线性比例关系。
• 1.霍尔元件的温度误差及其补偿 • 霍尔元件-------由半导体材料制成 • 一般半导体材料的电阻率、迁移率和载流 子浓度等都随温度而变化 • 霍尔元件的性能参数如输入和输出电阻、 霍尔系数等也随温度而变化，致使霍尔电 势变化，产生温度误差 • 为了减小温度误差，除选用温度系数较小 的材料如砷化铟外，还可以采用适当的补 偿电路。
五.霍尔元件的应用电路
• 基本电路
图7-5 恒流工作的霍尔传感器
图7-6 恒压工作的霍尔传感器
图7-8
三个运算放大器的放大电路
六.霍尔式传感器特点
• 霍尔式传感器结构简单，体积小，坚固， 频率响应宽（从直流到微波），动态范围 （输出电动势的变化）大，无触点，使用 寿命长，可靠性高，易于微型化和集成电 路化 • 但温度影响大，要求转换精度较高时必须 进行温度补偿
(1)采用恒流源供电和输入回路并联电阻
• 温度变化引起霍尔元件输入电阻变化，在 稳压源供电时，使控制电流变化，带来误 差。为了减小这种误差，最好采用恒流源 （稳定度±0.1％）提供控制电流。但元件 的灵敏度系数kH也是温度的函数，因此采 用恒流源后仍有温度误差。为了进一步提 高UH的温度稳定性，对于具有正温度系数 的霍尔元件，可在其输入回路中并联电阻R, 当温度升高时 R自动分流
霍尔元件在电流测量上的应用
霍尔元件设计的知识点
霍尔元件设计的知识点霍尔元件是一种基于霍尔效应原理的电子元件，广泛应用于各种电子设备和传感器中。
它具有快速响应、高灵敏度和低功耗等优点，在工业、汽车、通信等领域有着重要的作用。
本文将介绍霍尔元件设计中的几个关键知识点，包括霍尔效应原理、霍尔元件结构和工作原理、设计要点和应用案例等。
一、霍尔效应原理霍尔效应是指在某些条件下，当通过有磁场的材料时，沿垂直于电流方向施加一定大小的磁场，会在材料内产生一种呈现成“霍尔电压”的电势差现象。
霍尔效应的产生与流经导体的电流和施加的磁场强度和方向有关。
该效应的发现为霍尔元件的设计和制造奠定了基础。
二、霍尔元件结构和工作原理1. 结构：霍尔元件通常由霍尔传感器、补偿电路和放大电路组成。
其中，霍尔传感器是核心部件，用于感应磁场和产生霍尔电压；补偿电路用于校正霍尔电压的非线性特性；放大电路用于放大霍尔电压信号。
2. 工作原理：当有磁场作用于霍尔元件时，霍尔传感器内的霍尔电荷将被分割成两部分，其中一部分电荷将向上移动，另一部分电荷将向下移动，从而产生垂直于电流方向的电势差。
这种电势差即为霍尔电压，可以用来判断磁场的强度和方向。
三、设计要点1. 磁场选取：在设计霍尔元件时，需要根据具体应用场景选择适当的磁场强度和方向。
磁场强度过大或过小都会对元件的灵敏度和响应速度产生影响，因此需要进行合理的磁场设计。
2. 温度补偿：霍尔元件的性能会受到温度的影响，因此需要进行温度补偿，以提高元件的精确度和稳定性。
常见的温度补偿方法包括使用温度传感器进行反馈和在电路中加入温度补偿电路等。
3. 电气参数：在设计霍尔元件时，需要考虑一些关键的电气参数，如感应电压范围、输出电流、噪声等。
这些参数会直接影响到元件的应用效果和性能。
四、应用案例1. 速度测量：霍尔元件在汽车工业中常被应用于车速测量。
通过安装在车轮旁的霍尔元件，可以感应到车轮的旋转，进而测量车速，并将车速信息传输到车辆的仪表盘上。
2. 位置检测：霍尔元件还可以用于位置检测。
霍尔元件的工作原理
霍尔元件的工作原理霍尔元件是一种利用霍尔效应进行测量和控制的电子元件。
它主要由霍尔片、电源、信号处理电路和输出端构成。
在实际应用中，霍尔元件被广泛应用于传感器、电机驱动器、电子开关等领域。
本文将详细介绍霍尔元件的工作原理。
霍尔效应是指当导体中的电流在外加磁场的作用下，产生横向电场的现象。
这一效应是由美国物理学家爱德华·霍尔于1879年发现的。
在霍尔元件中，当电流通过导体时，导体中的自由电子受到磁场的作用而偏转，产生横向电场。
这个横向电场会在导体的侧面产生电压差，这就是霍尔电压。
而霍尔电压的大小与电流、磁场的大小和方向都有关系。
在霍尔元件中，霍尔片是起到关键作用的部件。
当电流通过霍尔片时，霍尔片的两侧产生电压差，这个电压差与电流和磁场的关系符合霍尔效应的数学表达式。
通过测量这个电压差，就可以确定电流的大小和方向。
而在传感器中，霍尔元件可以通过测量磁场的大小和方向来实现对物体位置、速度、方向等信息的检测。
除了在传感器中的应用，霍尔元件还被广泛应用于电机驱动器中。
在电机驱动器中，霍尔元件可以通过检测电机转子的位置来控制电机的启停、转速、转向等。
当电机转子上安装有永磁体时，可以利用霍尔元件来检测永磁体的位置，从而实现电机的精准控制。
在实际应用中，霍尔元件的信号处理电路也起着至关重要的作用。
信号处理电路可以对霍尔元件输出的信号进行放大、滤波、数字化等处理，从而得到稳定、可靠的控制信号。
这些控制信号可以用于控制电机的启停、转速调节、转向控制等，也可以用于实现对物体位置、速度、方向等信息的检测。
总的来说，霍尔元件是一种利用霍尔效应进行测量和控制的电子元件，它在传感器、电机驱动器、电子开关等领域有着广泛的应用。
通过对霍尔元件的工作原理的深入了解，可以更好地应用它，实现对电流、磁场、物体位置、速度、方向等信息的精准检测和控制。
霍尔元件的结构及工作原理__霍尔集成电路
霍尔元件的结构及工作原理__霍尔集成电路霍尔元件是一种利用霍尔效应进行检测和测量的电子器件。
它的结构简单，主要由霍尔片、霍尔电源、输出电路和感应磁场组成。
一、霍尔片霍尔片是霍尔元件的核心部分，也是实现霍尔效应的关键元件。
它通常由n型半导体材料制成，采用非晶硅、晶硅或砷化镓等材料。
在霍尔片上面安装有电极，霍尔片的两侧还存在一个内部电源电压Vcc。
电源电压Vcc通过霍尔片产生的功耗供电，同时能够在霍尔片中建立电场，引起霍尔效应。
二、霍尔电源霍尔电源是为霍尔片提供所需电压的部分。
霍尔电源的作用是为霍尔片提供适当的电场。
霍尔电源通常由稳压电源组成，可以提供固定的电压，确保霍尔片的灵敏度和稳定性。
三、输出电路输出电路是将霍尔元件的输出信号转化为可用于测量或控制的电信号的部分。
它通常由运算放大器和滤波器等电子元件组成。
输出电路的作用是放大霍尔片的输出信号，并将其转换为适当的电压或电流信号，以便进行后续的处理。
四、感应磁场霍尔元件的工作原理是基于霍尔效应。
霍尔效应是指当电流通过一块载流子密度为n的导体时，在垂直于电流方向的磁场作用下，将在导体两侧的边界处产生一个电场，从而形成一个电势差，即霍尔电势差。
霍尔电势差的大小与磁感应强度、电流和导体的特定参数有关。
1. 在磁场存在时，电源电压Vcc产生电场，使得霍尔片内部形成一个电势差。
如果没有磁场作用，电势差为零。
2.当磁场作用在霍尔片上时，载流子受到洛伦兹力偏转，从而引发霍尔电势差。
3.霍尔电势差通过输出电路放大并转换为可测量或控制的电信号。
4.根据霍尔电势差的大小和方向，可以确定磁场强度和方向。
霍尔元件具有许多优点，如响应速度快、稳定性好、线性范围广等。
因此，它广泛应用于磁场检测、电流测量、电机控制、笔记本电脑、手机等电子设备中。
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磁场不垂直于霍尔元件时的霍尔电动势
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 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Bcos，这时的霍尔电势为
EH=KHIBcos
结论：霍尔电势与输入电流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，则霍尔电势为同 频率的交变电势。
开关型霍尔集成电路是将霍尔元件、稳 压电路、放大器、施密特触发器、OC门（集 电极开路输出门）等电路做在同一个芯片上。 当外加磁场强度超过规定的工作点时，OC门 由高阻态变为导通状态，输出变为低电平； 当外加磁场强度低于释放点时，OC门重新变 为高阻态，输出高电平。较典型的开关型霍 尔器件如UGN3020等。
霍尔元件的结构及工作原理__霍 尔集成电路
磁感应强度B 较大时的情况
作用在半导体薄片上的磁场强度B越强，霍尔电势 也就越高。霍尔电势EH可用下式表示：
EH=KH IB
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霍尔效应演示
d
a b
c
当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的 作用，向内侧偏移，在半导体薄片c、d方向的端 面之间建立起霍尔电势。
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4ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
霍尔元件的主要外特性参数
最大磁感应强度BM
线性区
上图所示霍尔元件的线性范围是负的多少
2020/7/12 高斯至正的多少高斯？
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霍尔元件的主要外特性参数（续）
最大激励电流IM :
由于霍尔电势随激励电流增大而增大， 故在应用中总希望选用较大的激励电流。但 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。
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）？
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作业 p135：2、3、5、6
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出去活动一下
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开关型霍尔集成电路 的外形及内部电路
Vcc
霍尔 元件
施密特 触发电路
OC门
双端输入、
.单端输出运放
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开关型霍尔集成电路 （OC门输出）的接线
请按以下电路，将下一页中的有关元件连接起来.
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开关型霍尔集成电路 与继电器的接线
?
开关型霍尔集成电路的史密特输出特性
以下哪一个激励电流的数值较为妥当？
5μA 0.1mA 2mA 80mA
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第二节 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。
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线性型三端 霍尔集成电路
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线性型霍尔特性
右图示出了具有双 端差动输出特性的线性 霍尔器件的输出特性曲 线。当磁场为零时，它 的输出电压等于零；当 感受的磁场为正向（磁 钢的S极对准霍尔器件 的正面）时， 输出为 正；磁场反向时，输出 为负。
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请画出线性范围
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开关型霍尔集成电路