线性集成霍尔传感器
集成霍尔电流传感器
集成霍尔电流传感器
集成霍尔电流传感器是一种用于测量电流值的特殊传感器，它可以将电流转换成数字信号，便于传输、记录和处理。
它具有极高的精度、最高的分辨率和很低的噪声水平，并且具有小尺寸、低功耗等优势。
因此，集成霍尔电流传感器也被广泛应用于汽车、家用电器、农业、医疗等领域。
可以将集成霍尔电流传感器分为三类：线性霍尔电流传感器、模拟霍尔电流传感器和数字霍尔电流传感器。
首先，线性霍尔电流传感器以恒定的输出系数线性输出电流量，它主要用在测量大电流、中小电流以及微弱电流的应用领域中。
它拥有极高的分辨率，可以探测出微弱的电流变化，而且它的输出受到电流负载的影响较小，性能稳定。
其次，模拟霍尔电流传感器实现了模拟信号的顺利输出，可以直接将电流转换成模拟信号输出，它的输出分辨率也相对较高，而且受电流负载的影响较小，性能稳定，具有广泛的应用前景。
最后，数字霍尔电流传感器通过数字方式将电流信号转换成数字信号，它的精度比模拟霍尔电流传感器更高，它无需外界电压，可以在包括脉冲到可调电压在内的多种数字电源下工作，性能更加稳定，对输入电流负载也更加稳定，输出精度也更高。
集成霍尔电流传感器的优势在于具有小尺寸、低功耗和高精度等特点，它可以将电流转换成数字信号，方便传输、记录和处理，因此它在汽车、家用电器、农业、医疗等领域被广泛应用。
目前，集成霍
尔电流传感器已经成为现代电力行业和能源管理过程中不可缺少的重要组件。
它可以将电流测量准确地传输到仪器和设备，从而实现节能效果，改善能源效率。
未来，随着技术的发展，集成霍尔电流传感器将继续发挥其重要的作用，助力社会的发展，在汽车、家用电器、农业、医疗等领域越来越受重视，并可以更好地为消费者服务。
霍尔传感器
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。
CC6511高性能单端输出线性霍尔传感器IC说明书
概述CC6511是一款高性能单端输出的线性霍尔传感器IC ，采用单端模拟输出方式，使得产品更易于使用，当磁场南极靠近丝印面，输出值降低。
该IC 采用先进的BiCMOS 制程生产，具有霍尔系数高的优点，芯片内部包含了高灵敏度霍尔传感器，霍尔信号预放大器，高精度的霍尔温度补偿单元，振荡器，动态失调消除电路和放大器输出模块CC6511采用了专利的霍尔温度补偿技术，产品可在-40~125°C 之间正常工作，且灵敏度变化很小。
在无磁场的情况下，IC 的静态输出为50% VCC 。
CC6511的线性输出范围宽，在电源电压5V 条件下，OUT 可以在0.5~4.5V 之间随磁场线性变化，信号线性输出范围4V ，信号输出强度较传统单端输出有了很大提升，同时能提高产品的抗干扰性能。
CC6511内部集成的动态失调消除电路使IC 的灵敏度，不受外界压力和IC 封装应力的影响。
CC6511内部斩波频率高达1MHz ，使得传感器的带宽高，响应速度快。
CC6511提供TO-92S 封装，工作温度范围-40~125°C 。
特性◆ 静态共模输出点为50% VCC ， ◆ 测量范围宽，线性度优于0.2%。
◆ 1MHz 斩波频率，高带宽，低噪声，全差分模拟输出 ◆ 低功耗，IC 静态工作电流为2.5mA◆温度稳定性好，内部采用了芯进专利的霍尔信号放大电路和温度补偿电路，工作环境温度为：-40~125°C 。
◆ 抗干扰能力强◆ 抗机械应力，磁参数不会因为受外界压力而偏移 ◆ESD (HBM) 6000V应用◆ 电流传感器 ◆ 磁编码器 ◆ 齿轮传感器 ◆ 位移测量 ◆ 舵机功能框图CC6511可编程线性霍尔传感器IC订购信息产品名称 封装外形 包装 CC6511TOTO-92S袋装，1000片/袋管脚定义TO-92S名称编号功能TO-94VCC 1 电源电压 GND 2 地 OUT3模拟输出极限参数参数符号 数值 单位 电源电压 V CC -0.3~6 V 输出电压 V OUT -0.3~VCC+0.3V 输出源电流 I OUT （SOURCE ） 400 uA 输出沉电流 I OUT （SINK ） 30 mA 工作环境温度 T A -40~125 °C 最大结温 T J 165 °C 存储环境温度 T S -55~150 °C 磁场强度 B 无限制 mT 静电保护ESD(HBM)6000V注意: 应用时不要超过最大额定值，以防止损坏。
霍尔传感器
2．线性集成霍尔传感器
线性集成霍尔传感器是由稳压器、霍尔元件及差分放大器等通过集成电路技术制成的传感 器，其输出电压与磁场强度在一定范围内为线性关系。线性集成霍尔传感器有单端输出和双端 输出（差动输出）两种形式，其内部结构如图3-11所示。
霍尔传感器具有微型化、可靠性高、寿命长、功耗低、无温漂及负载能力强等优点。 广泛用于汽车电子、电动自行车、家用电器等领域。
a、a 两根引线连接电源电压或电流，称为激励电极；b、b 两根引线为霍尔输出引线，称为霍尔电 极。
图3-6 霍尔元件及符号
2．霍尔元件的测量电路
霍尔元件的基本测量电路如图3-7所示。
霍尔元件的输出电压一般比较小，所以需要用放大电路将 其放大。为了获得较好的放大效果，通常采用差分放大电 路，如图3-8所示。
图3-11 线性集成霍尔传感器内部结构
（a）单端输出
（ b）双端输出
1.4 使用霍尔传感器的注意事项
（1）需要接负载且不能超负载工作。 （2）供电电压不能超出规格说明书中规定的范围，且电源电压极性不能反接。 （3）在使用和安装中应尽量减少机械应力，特别是器件的引脚，根部1 mm 范围内不允许施加任何机械应力（如弯曲、变形等）。 （4）要严格规范焊接时间和温度。 （5）霍尔传感器具有很强的抗外磁场干扰能力。 另外，在装配、焊接、使用及存储过程中要注意防静电。
1.5 应用实践——霍尔传感器在动感单车测速中的应用
1．实践目的
（1）了解霍尔传感器测速原理。 （2）能根据系统要求选择合适的传感器。
2．应用描述
动感单车是一种室内自行车训练、健身 器材，它的结构和普通自行车类似，包 括车把、车座、脚蹬和车轮几部分。动 感单车一般都具有速度、里程检测和显 示功能，用以作为训练者控制自身训练 效果的重要参考指标。
项目4霍尔传感器
霍尔元件材料：
1．锗(Ge) 输出小，但温度性能和线性度较好；
2．硅(Si) 线性度最好，但带负载能力较差，通常不作单
个霍尔元件； 3．砷化铟(InAs)
输出较大，受温度影响小，线性度较好，应用 较多； 4．锑化铟(InSb)
输出大，但受温度影响大（尤其是低温）
2) 测量电路
图中控制电流I由电源 UE供给，可以是直流电源 或交流电源，调节电阻RW 是用来调节控制电流I的大 小；RL是霍尔输出电压UH 的负载电阻，通常是放大
4、集成霍尔传感器 集成霍尔传感器是利用硅集成电路工艺将霍尔元件和测 量线路集成在一起的一种传感器。它取消了传感器和测量电 路之间的界限，实现了材料、元件、电路三位一体。集成霍 尔传感器与分立相比，由于减少了焊点，因此显著地提高了 可靠性。此外，它具有体积小、重量轻、功耗低等优点，正 越来越爱到众的重视。 集成霍尔传感器的输出是经过处理的霍尔输出信号。按 照输出信号的形式，可以分为开关型集成霍尔传感器和线性 集成霍尔传感器两种类型。
(1) 开关型集成霍尔传感器
开关型集成霍尔传感器是把霍尔元件的输出经过处 理后输出一个高电平或低电平的数字信号。其典型电路 见图。
U0 UOH
UOL
B(L H)
B(H L) B
图6-2-7 输出电平U0与B的关系
集成霍尔传感器的输出电平与磁场B之
间的关系见图6-2-7，可以看出，集成霍 尔传感器的导通磁感应强度和截止磁感应 强度之间存在滞后效应。
I H
和霍尔电压 V ，就可以根据下式 H
B V KI
H
H
求出磁感应强度B。
霍尔效型半导体材料制成的
霍尔元件。当沿X方向通以电流 I 后，载流子（对N型半 H
第七章霍尔传感器及应用
B
C U0
D I
A 图7-4 不等位电势
R1
B
R2
C R3
D RR44
A 图7-5 霍尔元件的等效电路
A
C
D
B
W
R1 C
A R2 D
几种常用补偿方法
湖州职业技术学院机电分院
A
C
D
B
W
A
C
D
(b)
B
W
R1 C
A R2 D
R1 C
A R2 D
R3
R4
B
W （a）
R3 （b）
R4 B
W （c）
R3
R4
B
若取 RH = 1 / nq 则
IB UH RH d
RH为霍尔元件的霍尔系数。显然，霍尔系数由半导体材料的性质决定，它反映材料霍尔效应的
强弱。
设
KH
RH d
湖州职业技术学院机电分院
UHKHIB
KH为霍尔元件的灵敏度，它表示一个霍尔元件在单位控制电流和单位磁感应强度时产生的霍 尔电压的大小。单位是mV/（mA·T）
7.1 霍尔效应及霍尔元件 一、 霍尔效应
霍尔效应
湖州职业技术学院机电分院
B
b FE
FL v
湖州职业技术学院机电分院
d
I UH
l 图7-1 霍尔效应
设霍尔元件为N型半导体，当它通电流I时 FL = qvB
(7-1)
当电场力与洛仑兹力相等时，达到动态平衡，这时有 qEH=qvB
故霍尔电场的强度为 EH=vB
结论：
湖州职业技术学院机电分院
① 如果是P型半导体，其载流子是空穴，若空穴浓度为p，同理可得
霍尔传感器
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 式（3-3-2）
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。
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。
线性霍尔
N
S
磁铁
f n 60 Z
霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS） 中的应用 带有微 型磁铁 的霍尔 传感器
式中 K H
RH , RH 为霍尔系数 ， 与霍尔元件的材料有关 。 d
霍尔电动势EH与材料的性质有关。材料的ρ、μ大，
RH就大。金属的μ虽然很大，但ρ很小，故不宜做成
元件。在半导体材料中，由于电子的迁移率比空穴的 大，所以霍尔元件一般采用N型半导体材料。 霍尔电动势EH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，
图3-3-1霍尔元件
三、集成霍尔式传感器
霍尔集成电路可分为线性型和开关型两大类。
1、线性集成霍尔传感器 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。
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。
UGN3501T／U,UGN350／M线性霍尔集成传感器及其应用
UGN3501T／U,UGN350／M线性霍尔集成传感器及其应
用
陈云岐
【期刊名称】《集成电路应用》
【年(卷),期】1991(000)003
【摘要】UGN3501T/U、UGN3501M 是美国 SPRAGUE 公司生产的一种集成化的敏感器件(国内上海半导体器件十六厂生产同类产品),它能检测磁信息,以及凡是可以变换成磁场信息的一切其他非磁信息,输出是线性的。
性能介绍
UGN3501T/UUGN3501T/U 可提供线性单端输出,其输出电压正比于感应的磁场强度。
磁敏元件与高增益放大器、电源稳压器集成于同一芯片,改良了传感器的输出噪声。
【总页数】4页(P46-49)
【作者】陈云岐
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TP212
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讨 [J], 隗嘉
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压舌
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28
课间休息！！
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霍尔元件的材料特性
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9
8.1.3 霍尔元件的主要参数
1．主要特性参数
1. 额定功耗 2. 输入电阻 和输出电阻 3. 不平衡电势 4. 霍尔电势温度系数 5. 内阻温度系数 6. 灵敏度
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8.1.4 霍尔元件的基本测量电路
一块长为L、宽为W、厚为d的N型半导 体薄片，位于磁感应强度为B的磁场中， B垂直于L-W平面，沿L通电流I，N型半 导体的载流体-电子将受到B产生的洛仑 兹力FB的作用 F evB
B
B
d
- - - - - -
b
FL
UH
FE
+ + + + + +
v
I UH
I
L
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8.1.2 基本原理
2
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8.1 霍尔传感器的工作原理
8.1.1 霍 尔 效 应 金属或半导体薄片置于磁感应强度B的磁 场（磁场方向垂直与薄片）中，当有电 流I通过时，在垂直于电流和磁场的方向 上将产生电动势UH，这种物理现象称为 霍尔效应。该电势UH 称霍尔电势。
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霍尔效应
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输出电压UOUT（V）
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8.3 霍尔传感器的应用
8.3.1 霍尔式位移传感器
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8.3 霍尔传感器的应用
8.3.2 霍尔式压力传感器
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8.3 霍尔传感器的应用
8.3.3 霍尔电子点火器
隔磁罩 隔磁罩缺口 霍尔元件
磁钢 (a)
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+ I UH RP VCC
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RL
-
8.2 集成霍尔传感器
集成霍尔传感器是利用硅集成电路工艺将霍 尔元件和测量线路集成在一起的一种传感器。 集成霍尔传感器与分立元件相比，它具有可 靠性高、体积小、重量轻、功耗低等优点， 正越来越受到重视。 集成霍尔传感器的输出是经过处理的霍尔 输出信号。按照输出信号的形式，可以分为 开关型集成霍尔传感器和线性集成霍尔传感 器两种类型。
第8章 霍尔传感器
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引言
霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。 1879年美国物理学家霍尔首先在金属材料中 发现了霍尔效应，但由于金属材料的霍尔效应 太弱而没有得到应用。 随着半导体技术的发展，开始用半导体材料制 成霍尔元件，由于它的霍尔效应显著而得到应 用和发展。 霍尔传感器广泛用于电磁测量、压力、加速度、 振动等方面的测量。
S
SL3501T mA VCC 12V DC 10mA
N
DC 1 2 3 + V _
·
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8.2.2 线性集成霍尔传感器
2.线性集成霍尔传感器的主要技术特性
2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 0.28 0.32 磁感应强度B（T） R=0 R=15Ω R=100Ω
线性霍尔
N S
磁铁
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霍尔式接近开关 当磁铁的有效磁 极接近、并达到动作 距离时，霍尔式接近 开关动作。霍尔接近 开关一般还配一块钕 铁硼磁铁。
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所实现的多媒体界面： 霍尔电流传感器演示 铁心
线性霍尔IC
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霍尔钳形电流表（交直流两用） 豁口
洛仑兹力FL使电子向垂直于B和自由电子运 动方向偏移，其方向符合右手螺旋定律，即 电子有向某一端积聚的现象，使半导体—端 面产生负电荷积聚，另一端面则为正电荷积 聚。由于电荷积聚，产生静电场，称为霍尔 电场。该静电场对电子的作用力FE与洛仑兹 力FL的方向相反，将阻止电子继续偏转，其 大小为 U
FE eE H e
H
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b
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电场力阻止电子继续向原侧面积累，当 电子所受电场力和洛仑兹力相等时，电 荷的积累达到动态平衡，由于存在EH， 半导体片两侧面间出现电位差UH ，称为 霍尔电势
RH UH IB IB d d
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磁场与薄片法线夹角为
U H KH IB cos
1—车速齿轮传感器 2—压力调节器 3—控制器
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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。
GND14Fra bibliotek 8.2.1 开关型集成霍尔传感器
3. 开关型集成霍尔传感器的工作特性
UOUT （V ） 关 开
0
BKP
BH
BOP
B
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8.2.1 开关型集成霍尔传感器
4. 开关型集成霍尔传感器的接口电路
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8.2.2 线性集成霍尔传感器
1.线性集成霍尔传感器的结构及工作原理
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常用的霍尔元件材料
锗、硅、砷化铟、锑化铟等半导体材料。其 中N型锗容易加工制造，其霍尔系数、温度 性能和线性度都较好。N型硅的线性度最好， 其霍尔系数、温度性能同N型锗相近。锑化 铟对温度最敏感，尤其在低温范围内温度系 数大，但在室温时其霍尔系数较大。砷化铟 的霍尔系数较小，温度系数也较小，输出特 性线性度好。
常用传感器：国产YSH-1型霍尔压力变送器
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霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS） 中的应用 带有微 型磁铁 的霍尔 传感器
钢质
霍尔
若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生 危险。用霍尔转速传感器来检测车轮的转 动状态有助于控制刹车力的大小。
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ABS的工作原理
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8.2.1 开关型集成霍尔传感器
1. 开关型集成霍尔传感器的结构 霍尔片、引线和壳体组成
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8.2.1 开关型集成霍尔传感器
2．开关型霍尔集成传感器的工作原理
1 VCC
霍尔元件
3 放大器 整形电路
输出 UOUT
稳压 电路
+ UH VT
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