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霍尔磁敏传感器的原理及应用

作者:时间:2013-01-04来源:网络收藏

1引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/159570.htm

效应的知,电势的大小取决于:

Rh为常数,它与半导体材质有关;IC为霍尔元件的偏置电流;B为磁场强度;d为半导体材料的厚度。

对于一个给定的霍尔器件,Vh将完全取决于被测的磁场强度B。

一个霍尔元件一般有四个引出端子,其中两根是霍尔元件的偏置电流IC的输入端,另两根是霍尔电压的输出端。如果两输出端构成外回路,就会产生霍尔电流。一般地说,偏置电流的设定通常由外部的基准电压源给出;若精度要求高,则基准电压源均用恒流源取代。为了达到高的灵敏度,有的霍尔元件的传感面上装有高导磁系数的坡莫合金;这类的霍尔电势较大,但在0.05T左右出现饱和,仅适用在低量限、小量程下使用。

近年来,由于半导体技术的飞速发展,出现了各种类型的新型集成霍尔元件。这类元件可以分为两大类,一类是线性元件,另一类是开关类元件。

2线性霍尔元件的

UGN350lT是一种目前较常用的三端型线性霍尔元件。它由稳压器、霍尔发生器和放大器组成。用UGN350lT可以十分方便地组成一台高斯计。其使用十分简单,先使B=0,记下表的示值VOH,再将探头端面贴在被测对象上,记下新的示值VOH1。

ΔVOH=VOH1-VOH

如果ΔVOH>0,说明探头端面测得的是N极;反之为S极。UGN3501T的灵敏度为7V/T,由此即可测出相应的被测磁感应强度B。

如果采用数字电压表(DVM),可得图1所示的线性高斯计。运放采用高精度运放CA3130。该电路的具体调零方式为:开启电源后,令B=0,调节W1使DVM的示值为零,然后用一块标准的钕铝硼磁钢(B=0.1T)贴在探头端面上,调节W2使DVM的示值为1V即可。本高斯计检测时示值如果为-200mV,则探头端面检测的是S极,磁场强度为0.02T。本高斯计也可用来测量交变的磁场,不过DVM应改为交流电压表。显然使用图1的电路可以很方便地扩展普通数字万用表的功能。

用UGN3501T还可以十分方便地组成如图2所示的钳形电流表。将霍尔元件置于钳形冷轧硅钢片的空隙中,当有电流流过导线时,就会在钳形圆环中产生磁场,其大小正比于流过导线电流的安匝数;这个磁场作用于霍尔元件,感应出相应的霍尔电势,其灵敏度为7V/T,经过运放μA741调零,线性放大后送入DVM,组成数字式钳形电流表。该表的调试也十分简单:导线中的电流为零时,调节W1、W2使DVM的示值为零。然后输入50A的电流,调W3使DVM读数为5V;反向输入-50A电流,数字表示值为-5V。反复调节W1、W2、W3,读数即可符合要求。本钳形电流表经实验,其灵敏度不小于0.1V/A,同样,本电流表也可用于交流电流的测量,将DVM换成交流电压表即可,十分方便。

3开关型霍尔

开关型霍尔可分为单稳态和双稳态,内部均有5个部分,即由稳压源、霍尔电势发生器、差分放大器、施密特触发器以及输出级组成。双稳态具有两组对称的施密特整形电路。图3是单稳态开关集成霍尔元件UGN3020的功能图及输出特性。对于开关型的正值规定是:用磁铁的S极接近传感器的端面所形成的B值为正值。由图3看出,当B=0时,V0为高电平;当外磁场增至BOP时,输出V0由高电平转为低电平。外磁场由BOP降至BrP时,输出V0由低电平反向,BrP被称为释放点。对于UGN3020,BOP=0.022T,BRP=0.0165T,VOL=80~150mV,VOH=4V,工作电压为4.5V~24V。

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