霍爾元件及其應(yīng)用（二）

《霍爾元件及其應(yīng)用（二）》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。

1、霍爾元件及其應(yīng)用（二）HallSensingComponents&DevicesandItsApplication3霍爾器件的應(yīng)用3.1應(yīng)用的一般問(wèn)題3.1.1測(cè)量磁場(chǎng)使用霍爾器件檢測(cè)磁場(chǎng)的方法極為簡(jiǎn)單，將霍爾器件作成各種形式的探頭，放在被測(cè)磁場(chǎng)中，因霍爾器件只對(duì)垂直于霍爾片的表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度敏感，因而必須令磁力線(xiàn)和器件表面垂直，通電后即可由輸出電壓得到被測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。若不垂直，則應(yīng)求出其垂直分量來(lái)計(jì)算被測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度值。而且，因霍爾元件的尺寸極小，可以進(jìn)行多點(diǎn)檢測(cè)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可以得到場(chǎng)的分布狀態(tài)，并可對(duì)狹縫，小孔中的磁場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)。3.1.2

2、工作磁體的設(shè)置用磁場(chǎng)作為被傳感物體的運(yùn)動(dòng)和位置信息載體時(shí)，一般采用永久磁鋼來(lái)產(chǎn)生工作磁場(chǎng)。例如，用一個(gè)5×4×2.5（mm3）的釹鐵硼Ⅱ號(hào)磁鋼，就可在它的磁極表面上得到約2300高斯的磁感應(yīng)強(qiáng)度。在空氣隙中，磁感應(yīng)強(qiáng)度會(huì)隨距離增加而迅速下降。為保證霍爾器件，尤其是霍爾開(kāi)關(guān)器件的可靠工作，在應(yīng)用中要考慮有效工作氣隙的長(zhǎng)度。在計(jì)算總有效工作氣隙時(shí)，應(yīng)從霍爾片表面算起。在封裝好的霍爾電路中，霍爾片的深度在產(chǎn)品手冊(cè)中會(huì)給出。因?yàn)榛魻柶骷枰ぷ麟娫?，在作運(yùn)動(dòng)或位置傳感時(shí)，一般令磁體隨被檢測(cè)物體運(yùn)動(dòng)，將霍爾器件固定在工作系統(tǒng)的適當(dāng)位置，用它去檢測(cè)工作磁場(chǎng)，再?gòu)臋z測(cè)結(jié)果中提取

3、被檢信息。工作磁體和霍爾器件間的運(yùn)動(dòng)方式有：(a)對(duì)移；(b)側(cè)移；(c)旋轉(zhuǎn)；(d)遮斷。如圖7所示，圖中的TEAG即為總有效工作氣隙。圖7霍爾器件和工作磁體間的運(yùn)動(dòng)方式在遮斷方式中，工作磁體和霍爾器件以適當(dāng)?shù)拈g隙相對(duì)固定，用一軟磁（例如軟鐵）翼片作為運(yùn)動(dòng)工作部件，當(dāng)翼片進(jìn)入間隙時(shí)，作用到霍爾器件上的磁力線(xiàn)被部分或全部遮斷，以此來(lái)調(diào)節(jié)工作磁場(chǎng)。被傳感的運(yùn)動(dòng)信息加在翼片上。這種方法的檢測(cè)精度很高，在125℃的溫度范圍內(nèi)，翼片的位置重復(fù)精度可達(dá)50μm。圖8在霍爾器件背面放置磁體也可將工作磁體固定在霍爾器件背面（外殼上沒(méi)打標(biāo)志的一面），讓被檢的鐵磁物體（例如鋼齒輪）

4、從它們近旁通過(guò)，檢測(cè)出物體上的特殊標(biāo)志（如齒、凸緣、缺口等），得出物體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。3.1.3與外電路的接口霍爾開(kāi)關(guān)電路的輸出級(jí)一般是一個(gè)集電極開(kāi)路的NPN晶體管，其使用規(guī)則和任何一種相似的NPN開(kāi)關(guān)管相同。輸出管截止時(shí)，輸漏電流很小，一般只有幾nA，可以忽略，輸出電壓和其電源電壓相近，但電源電壓最高不得超過(guò)輸出管的擊穿電壓（即規(guī)范表中規(guī)定的極限電壓）。輸出管導(dǎo)通時(shí)，它的輸出端和線(xiàn)路的公共端短路。因此，必須外接一個(gè)電阻器（即負(fù)載電阻器）來(lái)限制流過(guò)管子的電流，使它不超過(guò)最大允許值（一般為20mA），以免損壞輸出管。輸出電流較大時(shí)，管子的飽和壓降也會(huì)隨之增大，使用者應(yīng)當(dāng)

5、特別注意，僅這個(gè)電壓和你要控制的電路的截止電壓（或邏輯“零”）是兼容的。以與發(fā)光二極管的接口為例，對(duì)負(fù)載電阻器的選擇作一估計(jì)。若在Io為20mA（霍爾電路輸出管允許吸入的最大電流），發(fā)光二極管的正向壓降VLED=1.4V，當(dāng)電源電壓VCC=12V時(shí)，所需的負(fù)載電阻器的阻值（4）和這個(gè)阻值最接近的標(biāo)準(zhǔn)電阻為560Ω，因此，可取560Ω的電阻器作為負(fù)載電阻器。用圖9表示簡(jiǎn)化了的霍爾開(kāi)關(guān)電路，圖10表示與各種電路的接口：（a）與TTL電路；(b)與CMOS電路；(c)與LED；(d)與晶閘管。圖9簡(jiǎn)化的霍爾開(kāi)關(guān)示意圖圖10霍爾開(kāi)關(guān)與電路接口舉例與這些電路接口時(shí)所需的負(fù)載

6、電阻器阻值的估算方法，和式（4）的方法相同。若受控的電路所需的電流大于20mA，可在霍爾開(kāi)關(guān)電路與被控電路間接入電流放大器?；魻柶骷拈_(kāi)關(guān)所需的電流大于20mA，可在霍爾開(kāi)關(guān)電路與被電路間接入電流放大器?；魻柶骷拈_(kāi)關(guān)作用非常迅速，典型的上升時(shí)間和下降時(shí)間在400nS范圍內(nèi)，優(yōu)于任何機(jī)械開(kāi)關(guān)。3.2應(yīng)用實(shí)例下面我們將舉出一些應(yīng)用實(shí)例。這些例子僅是該類(lèi)應(yīng)用中的一種，用同樣的原理和方法，使用者可根據(jù)自己的使用需要，設(shè)計(jì)出自己的應(yīng)用裝置。3.2.1檢測(cè)磁場(chǎng)用霍爾線(xiàn)性器件作探頭，測(cè)量10－6T～10T的交變和恒定磁場(chǎng)，已有許多商品儀器。這里，僅介紹一種用經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的UGN3

7、503或A3515型霍爾線(xiàn)性電路來(lái)檢測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的簡(jiǎn)便方法。電路出廠(chǎng)時(shí)，工廠(chǎng)可提供每塊電路的校準(zhǔn)曲線(xiàn)和靈敏度系數(shù)。測(cè)量時(shí)，將電路第一腳（面對(duì)標(biāo)志面從左到右數(shù)）接電源，第二腳接地，第三腳接高輸入阻抗（>10kΩ）電壓表，通電后，將電路放入被測(cè)磁場(chǎng)中，讓磁力線(xiàn)垂直于電路表面，讀出電壓表的數(shù)值，即可從校準(zhǔn)曲線(xiàn)上查得相應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度值。使用前，將器件通電一分鐘，使之達(dá)到穩(wěn)定。用靈敏度系數(shù)計(jì)算被測(cè)磁場(chǎng)的B值時(shí)，可用B=[Vout(B)－Vout(o)]1000/S式中，Vout(B)=加上被測(cè)磁場(chǎng)時(shí)的電壓讀數(shù)，單位為V，Vout(o)=未加被測(cè)磁場(chǎng)時(shí)的電壓讀數(shù)，單位為

8、V，S=靈