【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 入電壓和霍耳輸出電勢(shì)完全呈線性關(guān)系。如果輸入電流或電壓中任一項(xiàng)固定時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度和輸出電勢(shì)之間也完全呈線性關(guān)系。 同樣，若給出控制電壓 V，由于 V=R1I，可得控制電壓和霍耳電勢(shì)的關(guān)系式 設(shè)霍耳片厚度 d均勻，電流 I和霍耳電場(chǎng)的方向分別平行于長(zhǎng)、短邊界，則控制電流 I和霍耳電勢(shì) VH的關(guān)系式 （四）、基本特性 直線性 ：指霍耳器件的輸出電勢(shì) VH分別和基本參數(shù)I、 V、 B之間呈線性關(guān)系 。 VH=KHBI 靈敏度 ：可以用乘積靈敏度或磁場(chǎng)靈敏度以及電流靈敏度、電勢(shì)靈敏度表示： KH——乘積靈敏度，表示霍耳電勢(shì) VH與磁感應(yīng)強(qiáng)度 B和控制電流 I乘積之間的比值，通常以 mV/(mA)。因?yàn)榛舳妮敵鲭妷阂蓛蓚€(gè)輸入量的乘積來確定 ,故稱為 乘積靈敏度 。 KB——磁場(chǎng)靈敏度，通常以額定電流為標(biāo)準(zhǔn)。磁場(chǎng)靈敏度等于霍耳元件通以額定電流時(shí)每單位磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的霍耳電勢(shì)值。 常用于磁場(chǎng)測(cè)量等情況。 KI——電流靈敏度，電流靈敏度等于霍耳元件在單位磁感應(yīng)強(qiáng)度下電流對(duì)應(yīng)的霍耳電勢(shì)值。 若 控制電流值固定 ，則： VH＝ KBB 若 磁場(chǎng)值固定 ，則： VH＝ KI I 額定電流 ：霍耳元件的允許溫升規(guī)定著一個(gè)最大控制電流 。 最大輸出功率 在霍耳電極間接入負(fù)載后 ， 元件的功率輸出與負(fù)載的大小有關(guān) ， 當(dāng)霍耳電極間的內(nèi)阻 R2等于霍耳負(fù)載電阻 R3時(shí) ， 霍耳輸出功率為最大 。 22m ax 4/ RVP HO ?最大效率 霍耳器件的輸出與輸入功率之比，稱為效率，和最大輸出對(duì)應(yīng)的效率，稱為最大效率，即： 1222m axm ax4/RIRVPP HinO ????負(fù)載特性 當(dāng)霍耳電極間串接有負(fù)載時(shí)，因?yàn)榱鬟^霍耳電流，在其內(nèi)阻上將產(chǎn)生壓降，故實(shí)際霍耳電勢(shì)比理論值小。由于霍耳電極間內(nèi)阻和磁阻效應(yīng)的影響，霍耳電勢(shì)和磁感應(yīng)強(qiáng)度之間便失去了線性關(guān)系。如 圖 所 示。 80 60 40 20 0 VH/mV λ=∞ λ= λ= λ= B/T 理論值 實(shí)際值 VH R3 I 霍耳電勢(shì)的負(fù)載特性 λ=R3/R2 霍耳電勢(shì)隨負(fù)載電阻值而改變的情況 溫度特性 ：指霍耳電勢(shì)或靈敏度的溫度特性 ， 以及輸入阻抗和輸出阻抗的溫度特性 。 它們可歸結(jié)為霍耳系數(shù)和電阻率 （ 或電導(dǎo)率 ） 與溫度的關(guān)系 。 霍耳材料的溫度特征 （ a） RH與溫度的關(guān)系；（ b） ρ與溫度的關(guān)系 RH/cm2/℃ ﹒ A1 250 200 150 100 50 40 80 120 160 200 LnSb LnAs T/℃ 0 2 4 6 ρ/7 103Ωcm LnAs 200 150 100 50 LnSb T/℃ 0 雙重影響 ：元件電阻，采用恒流供電；載流子遷移率，影響靈敏度。二者相反。 頻率特性 ?磁場(chǎng)恒定 ， 而通過傳感器的電流是交變的 。 器件的頻率特性很好 ， 到 10kHz時(shí)交流輸出還與直流情況相同 。因此 ,霍耳器件可用于微波范圍 ,其輸出不受頻率影響 。 ?磁場(chǎng)交變 。 霍耳輸出不僅與頻率有關(guān) ， 而且還與器件的電導(dǎo)率 、 周圍介質(zhì)的磁導(dǎo)率及磁路參數(shù) (特別是氣隙寬度 )等有關(guān) 。 這是由于在交變磁場(chǎng)作用下 ， 元件與導(dǎo)體一樣會(huì)在其內(nèi)部產(chǎn)生渦流的緣故 。 總之，在交變磁場(chǎng)下，當(dāng)頻率為數(shù)十 kHz時(shí)，可以不考慮頻率對(duì)器件輸出的影響，即使在數(shù) MHz時(shí)，如果能仔細(xì)設(shè)計(jì)氣隙寬度，選用合適的元件和導(dǎo)磁材料，仍然可以保證器件有良好的頻率特性的。 霍耳開關(guān)集成傳感器是利用霍耳效應(yīng)與集成電路技術(shù)結(jié)合而制成的一種磁敏傳感器 ， 它能感知一切與磁信息有關(guān)的物理量 ， 并以 開關(guān)信號(hào)形式輸出 。 霍耳開關(guān)集成傳感器具有使用壽命長(zhǎng) 、 無觸點(diǎn)磨損 、 無火花干擾 、 無轉(zhuǎn)換抖動(dòng) 、工作頻率高 、 溫度特性好 、 能適應(yīng)惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn) 。 （五） 霍耳開關(guān)集成傳感器 由穩(wěn)壓電路、霍耳元件、放大器、整形電路、開路輸出五部分組成。 穩(wěn)壓電路 可使傳感器在較寬的電源電壓范圍內(nèi)工作； 開路輸出 可使傳感器方便地與各種邏輯電路接口。 1．霍耳開關(guān)集成傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理 霍耳開關(guān)集成傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 2 3 輸出 + － 穩(wěn)壓 VCC 1 霍耳元件 放大 BT 整形 地 H 3020T 輸出 Vout R=2kΩ +12V 1 2 3 （ b） 應(yīng)用電路 （ a） 外型 霍耳開關(guān)集成傳感器的外型及應(yīng)用電路 1 2 3 2． 霍耳開關(guān)集成傳感器的工作特性曲線 從工作特性曲線上可以看出 ， 工作特性有一定的磁滯 BH， 這對(duì)開關(guān)動(dòng)作的可靠性非常有利 。 圖中的 BOP為工作點(diǎn) “ 開 ” 的磁感應(yīng)強(qiáng)度 ， BRP為釋放點(diǎn) “ 關(guān) ” 的磁感應(yīng)強(qiáng)度 。 霍耳開關(guān)集成傳感器的工作特性曲線 VOUT/V 12 ON OFF BRP BOP BH B 霍耳開關(guān)集成傳感器的技術(shù)參數(shù)： 工作電壓 、磁感應(yīng)強(qiáng)度、輸出截止電壓、 輸出導(dǎo)通電流、工作溫度、工作點(diǎn)。 0 該曲線反映了外加磁場(chǎng)與傳感器輸出電平的關(guān)系。當(dāng)外加磁感強(qiáng)度高于 BOP時(shí)，輸出電平由高變低，傳感器處于開狀態(tài)。當(dāng)外加磁感強(qiáng)度低于 BRP時(shí)，輸出電平由低變高，傳感器處于關(guān)狀態(tài)。 3． 霍耳開關(guān)集成傳感器的應(yīng)用 （ 1） 霍耳開關(guān)集成傳感器的接口電路 RL VAC Vcc Vcc VAC Vcc VAC K Vcc K Vcc VAC Vcc MOS VOUT VAC 霍耳開關(guān)集成傳感器的一般接口電路 RL ① 磁鐵軸心接近式 在磁鐵的軸心方向垂直于傳感器并同傳感器軸心重合的條件下， 霍耳開關(guān)集成傳感器的 L1B關(guān)系曲線 N S L1 隨磁鐵與傳感器的間隔距離的增加 ,作用在傳感器表面的磁感強(qiáng)度衰減很快。當(dāng)磁鐵向傳感器接近到一定位置時(shí) ,傳感器開關(guān)接通 ,而磁鐵移開到一定距離時(shí)開關(guān)關(guān)斷。應(yīng)用時(shí) ,如果磁鐵已選定 ,則應(yīng)按具體的應(yīng)用場(chǎng)合 ,對(duì)作用距離作合適的選擇。 （ 2）給傳感器施加磁場(chǎng)的方式 ② 磁鐵側(cè)向滑近式 要求磁鐵平面與傳感器平面的距離不變 ， 而磁鐵的軸線與傳感器的平面垂直 。磁鐵以 滑近移動(dòng) 的方式在傳感器前方通過 。 霍耳開關(guān)集成傳感器的 L2B關(guān)系曲線 N S L2 ③ 采用磁力集中器增加傳感器的磁感應(yīng)強(qiáng)度 在霍耳開關(guān)應(yīng)用時(shí)，提高激勵(lì)傳感器的磁感應(yīng)強(qiáng)度是一個(gè)重要方面。除選用磁感應(yīng)強(qiáng)度大的磁鐵或減少磁鐵與傳感器的間隔 距離外，還可采用下列方法增強(qiáng)傳感器的磁感應(yīng)強(qiáng)度。 S N 磁力集中器 傳感器 磁鐵 磁力集中器安裝示意圖 S N 磁力集中器 傳感器 磁鐵 鐵底盤 在磁鐵上安裝鐵底盤示意圖 S N 磁鐵 磁力集中器 傳感器 帶有磁力集中器的移動(dòng)激勵(lì)方式示意圖 磁鐵與中心線的距離 L2/mm BL2曲線的對(duì)比圖 (a)加磁力集中器的移動(dòng)激勵(lì)方式 ④ 激勵(lì)磁場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例 (b)推拉式 兩個(gè)磁鐵的 S極都面對(duì)傳感器 ， 這樣可以得到如圖所示的較為線性的特性 。 N S S N 傳感器 圖 推拉式激勵(lì)磁場(chǎng)示意圖 圖 推拉式 L1B關(guān)系曲線 注意：磁鐵 S極作用于傳感器背面，會(huì)抵消傳感器正面磁鐵 S極的激勵(lì)作用。 (c)雙磁鐵滑近式 為激勵(lì)傳感器開關(guān)的接通 ， 往往把磁鐵的 S極對(duì)著傳感器正面 ， 如果在傳感器的背面也設(shè)置一磁鐵 ， 使它的 N極對(duì)著傳感器的背面 ， 就會(huì)獲得大得多的磁場(chǎng) 。 傳感器 滑近 S N N S 圖 雙磁鐵滑近式結(jié)構(gòu)示意圖 (d)翼片遮擋式 翼片遮擋方法就是把鐵片放到磁鐵與傳感器之間 ， 使磁力線被分流 、 傍路 ， 遮擋磁場(chǎng)對(duì)傳感器激勵(lì) 。 當(dāng)磁鐵和傳感器之間無遮擋時(shí) ， 傳感器被磁鐵激勵(lì)而導(dǎo)通；當(dāng)翼片轉(zhuǎn)動(dòng)到磁鐵和傳感器之間時(shí) ， 傳感器被關(guān)斷 。 圖 翼片遮擋器的形狀 片狀 筒狀 霍耳開關(guān)集成傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域：點(diǎn)火系統(tǒng)、保安系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速、里程測(cè)定、機(jī)械設(shè)備的限位開關(guān)、按鈕開關(guān)、電流的測(cè)定與控制、位置及角度的檢測(cè)等等 (e) 偏磁式 在傳感器背面放置固定的磁鐵加入偏磁 ， 就可以改變傳感器的工作點(diǎn)或釋放點(diǎn) 。 例如 。將磁鐵的 N極粘附在傳感器的背面 ， 則傳感器在正常情況下處于導(dǎo)通狀態(tài) ， 必須在它的正面施加更強(qiáng)的負(fù)磁場(chǎng) ， 才能使它關(guān)斷 。 1． 霍耳線性集成傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理 霍耳線性集成傳感器的輸出電壓與外加磁場(chǎng)成線性比例關(guān)系 。 這類傳感器一般由霍耳元件和放大器組成 ，當(dāng)外加磁場(chǎng)時(shí) ,霍耳元件產(chǎn)生與磁場(chǎng)成線性比例變化的霍耳電壓 ,經(jīng)放大器放大后輸出 。 在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中 ， 為了提高傳感器的性能 ， 往往在電路中設(shè)置穩(wěn)壓 、 電流放大輸出級(jí) 、 失調(diào)調(diào)整和線性度調(diào)整等電路 。 霍耳開關(guān)集成傳感器的輸出有低電平或高電平兩種狀態(tài) ， 而霍耳線性集成傳感器的輸出卻是對(duì)外加磁場(chǎng)的線性感應(yīng) 。 因此霍耳線性集成傳感器廣泛用于位置 、 力 、 重量 、 厚度 、 速度 、 磁場(chǎng) 、 電流等的測(cè)量或控制 。 霍耳線性集成傳感器有單端輸出和雙端輸出兩種 ， 其電路結(jié)構(gòu)如下圖 。 （六）霍耳線性集成傳感器 單端輸出傳感器的電路結(jié)構(gòu)框圖 2 3 輸出 + － 穩(wěn)壓 VCC 1 霍耳元件 放大 地 H 穩(wěn)壓 H 3 VCC 地 4 輸出 輸出 1 8 6 7 5 雙端輸出傳感器的電路結(jié)構(gòu)框圖 單 端輸出的傳感器是一個(gè)三端器件，它的輸出電壓對(duì)外加磁場(chǎng)的微小變化能做出線性響應(yīng)，通常將輸出電壓用電容交連到外接放大器，將輸出電壓放大到較高的電平。其典型產(chǎn)品是SL3501T。 雙端輸出的傳感器是一個(gè) 8腳雙列直插封裝的器件，它可提供差動(dòng)射極跟隨輸出，還可提供輸出失調(diào)調(diào)零。其典型產(chǎn)品是SL3501M。 2．霍耳線性集成傳感器的主要技術(shù)特性 (1) 傳感器的輸出特性如下圖： SL3501T傳感器的輸出特性曲線 2．霍耳線性集成傳感器的主要技術(shù)特性 (2) 傳感器的輸出特性如下圖： SL3501M傳感器的輸出特性曲線 （七）霍耳磁敏傳感器的應(yīng)用 利用霍耳效應(yīng)制作的霍耳器件 ， 不僅在磁場(chǎng)測(cè)量方面 ， 而且在測(cè)量技術(shù) 、 無線電技術(shù) 、 計(jì)算技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)等領(lǐng)域中均得到了廣泛應(yīng)用 。 利用霍耳電勢(shì)與外加磁通密度成比例的特性 ， 可借助于固定元件的控制電流 ， 對(duì)磁量以及其他可轉(zhuǎn)換成磁量的電量 、 機(jī)械量和非電量等進(jìn)行測(cè)量和控制 。 應(yīng)用這類特性制作的器具有磁通計(jì) 、 電流計(jì) 、 磁讀頭 、 位移計(jì) 、 速度計(jì) 、 振動(dòng)計(jì) 、 羅盤 、 轉(zhuǎn)速計(jì) 、 無觸點(diǎn)開關(guān)等 。 利用霍耳傳感器制作的儀器 優(yōu)點(diǎn)： (1) 體積小 ， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 、 堅(jiān)固