智能傳感與檢測技術(shù) 教案 7-1 霍爾傳感器

《智能傳感與檢測技術(shù)》課程教案授課章節(jié)第7章霍爾傳感器與其他磁敏傳感器7.1霍爾效應(yīng)7.2霍爾元件及特性參數(shù)7.3集成霍爾傳感器7.4霍爾傳感器的應(yīng)用實例建議課時2授課方式理論知識講授+討論課+多媒體演示所屬專業(yè)教學(xué)目標(biāo)1.了解霍爾效應(yīng)2.掌握霍爾元件及特性參數(shù)3.掌握集成霍爾傳感器4.了解霍爾傳感器的應(yīng)用教學(xué)重點1.霍爾元件及特性參數(shù)2.集成霍爾傳感器教學(xué)難點1.霍爾元件及特性參數(shù)2.集成霍爾傳感器參考教材《智能傳感與檢測技術(shù)》徐小華主編機械工業(yè)出版社ISBN978-7-111-76072-6教學(xué)內(nèi)容『新課導(dǎo)入』霍爾傳感器是一種磁敏傳感器，它是把磁學(xué)物理量轉(zhuǎn)換成電信號的裝置，廣泛應(yīng)用于自動控制、信息傳遞、電磁測量、生物醫(yī)學(xué)等各個領(lǐng)域。它的最大特點是非接觸測量。『授課內(nèi)容』7.1霍爾效應(yīng)將金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強度為B的磁場中，磁場方向垂直于薄片（如圖7-1所示），當(dāng)有電流I通過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢UH，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。7.2霍爾元件及特性參數(shù)7.2.1霍爾元件霍爾元件的結(jié)構(gòu)很簡單，它由霍爾片、引線和殼體組成，如圖7-2a所示?；魻柶且粔K矩形半導(dǎo)體單晶薄片，引出4個引線，a、b兩根引線加激勵電壓或電流，稱為激勵電極；c、d引線為霍爾輸出引線，稱為霍爾電極?；魻栐臍んw由非導(dǎo)磁金屬、陶瓷或環(huán)氧樹脂封裝而成，圖7-2b為霍爾元件的實物圖，圖7-2c為霍爾元件的圖形符號。7.2.2霍爾元件的主要特性參數(shù)(1)霍爾元件的靈敏度系數(shù)KH。霍爾元件的靈敏度定義為在單位控制電流和單位磁感應(yīng)強度下，霍爾電勢輸出端開路時的電勢值，其單位為V/A·T，它反映了霍爾元件本身所具有的磁電轉(zhuǎn)換能力，一般希望它越大越好。(2)額定激勵電流IN和最大允許激勵電流Imax。當(dāng)霍爾元件自身溫升10℃時所流過的電流值稱為額定激勵電流IN。在相同的磁感應(yīng)強度下，IN值越大則可獲得大的霍爾輸出。在霍爾元件做好后，限制IN的主要因素是散熱條件。一般情況下鍺元件的最大允許溫升是80℃，硅元件的最大允許溫升是175℃。當(dāng)元件允許最大溫升為限制時所對應(yīng)的激勵電流，稱為最大允許激勵電流Imax。(3)輸入電阻Ri、輸出電阻RO?；魻柶膬蓚€控制電極間的電阻值稱為輸入電阻Ri，霍爾電極輸出電勢對外電路來說相當(dāng)于一個電壓源，其電源內(nèi)阻即為輸出電阻RO，即兩個霍爾電極間的電阻。以上電阻值是在磁感應(yīng)強度為零且環(huán)境溫度在（20±5）℃時確定的。一般Ri大于RO，使用時不能出錯。（4）霍爾電勢溫度系數(shù)ɑ。在一定磁感應(yīng)強度和激勵電流下，溫度每變化1℃時，霍爾電勢變化的百分率，稱為霍爾電勢溫度系數(shù)ɑ,ɑ值越小越好。7.3集成霍爾傳感器集成霍爾傳感器的輸出是經(jīng)過處理的霍爾輸出信號。其輸出信號快，傳送過程中無抖動現(xiàn)象，且功耗低，對溫度的變化是穩(wěn)定的，靈敏度與磁場移動速度無關(guān)。按照輸出信號的形式，可以分為開關(guān)集成霍爾傳感器和線性集成霍爾傳感器兩種類型。線性集成霍爾傳感器開關(guān)集成霍爾傳感器7.4霍爾傳感器的應(yīng)用實例7.4.1金屬零件霍爾計數(shù)裝置7.4.2霍爾式無觸點汽車電子點火裝置【多媒體演示】多媒體課件見教材配套教學(xué)PPT『課堂小結(jié)』微電子技術(shù)的發(fā)展，使得目前的霍爾元件多已集成化，即將霍爾元件、激勵電流源、放大電路、施密特觸發(fā)器以及輸出電路等，集成于一個芯片上，構(gòu)成了集成霍爾傳感器。霍爾集成電路（又稱霍爾IC）取消了傳感器和測量電路之間的界限，實現(xiàn)了材料、